材料在极端压力和温度条件下的状态方程为高能量密度物理、行星科学及惯性约束聚变研究提供了重要基础数据。传统冲击压缩实验受限于样品的初始状态，通常只能覆盖有限的热力学相区；而静态高压与激光动高压相结合的静-动加载技术通过改变材料初始密度，显著拓展了可研究的相区范围。发展了一种面向宽相区状态方程研究的高预压静-动加载实验技术，通过对Mini-Boehler型金刚石压砧（diamond anvil cell, DAC）的靶结构进行力学与光学优化设计，成功将静态预压水平提升至最高6.2 GPa。依托神光Ⅱ及神光Ⅱ升级激光装置开展实验，采用任意反射面速度干涉仪（velocity interferometer system for any reflector, VISAR）和条纹光学高温计（streaked optical pyrometer, SOP）对冲击过程进行高精度诊断。同时，针对高预压实验条件，对阻抗匹配法中的标准材料状态方程、折射率以及稀疏路径等进行修正处理。实验结果表明，该技术能够在保持良好诊断信号的同时显著提高样品的初始密度，从而拓展了冲击压缩实验可覆盖的热力学相区范围。以水、氘材料为例进行实验验证，结果显示，该平台获得的实验数据与理论模型保持良好的一致性。高预压静-动加载实验技术为开展材料宽相区状态方程研究提供了新的实验手段。

在高压条件下对拓扑半金属YbMnBi₂开展了系统的电输运和拉曼光谱测量。电输运结果表明，其电阻-温度关系随压力升高发生显著变化，并在16.8 GPa以上出现负磁阻，至30.1 GPa时观测到具有清晰磁滞回线的反常霍尔效应。结合电输运异常与相同压力区间内拉曼光谱的连续变化，结果表明，高压诱导形成了具有净磁矩的磁有序态。通过系统分析电阻-温度曲线形状、磁阻符号及霍尔行为随压力的演变规律，揭示了压力对YbMnBi₂中磁有序行为与拓扑电子态协同调控的作用机制，为该体系在自旋相关电子学领域中的潜在应用提供了新的实验依据。

金属卤化物钙钛矿因其卓越的光电转换效率与低成本制备优势而备受瞩目。锰（Mn）基金属卤化物钙钛矿CsMnCl₃在自旋电子学、磁效应等方面具有较高的应用价值，受到广泛关注，深入理解其结构-性能关系，尤其是在极端条件下的演化行为，对于开发稳定高效的新型钙钛矿材料及拓展其应用场景至关重要。为此，采用金刚石压砧技术，结合高压原位光致发光光谱、吸收光谱、拉曼光谱、X射线衍射以及第一性原理计算，对锰基金属卤化物钙钛矿CsMnCl₃的结构和光学性质进行了系统研究。结果表明，常压下CsMnCl₃晶体为R$ \overline{3} $m空间群，在约0.9 GPa时发生结构相变，CsMnCl₃的光致发光强度显著增强约8.4倍。在0～32.2 GPa的压力范围内，光学带隙随压力升高逐渐减小约28%。研究结果为优化锰基钙钛矿材料的高压稳定性、拓展其在极端条件下的功能应用提供了理论支撑与实验依据，同时丰富了对高压下金属卤化物钙钛矿的基础认知。

Ce的4f电子长久以来就因其独特的离域机制，以及对原子结构、相变行为、磁性结构的影响而受到广泛的关注。通过改变前驱体（CeCl₃、MgO粉末）化学配比，在大腔体压机提供的高温高压（1873 K、5 GPa）环境下，通过调控高压固相复分解反应（high-pressure solid-state metathesis, HSM），合成了立方萤石结构的CeO₂Cl_0.07。利用金刚石对顶砧（diamond anvil cell，DAC），结合高压原位同步辐射X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、高压拉曼光谱等表征手段，获得了样品的压力-比容曲线，并与CeO₂进行比较，发现CeO₂Cl_0.07更易被压缩，获得了高压拉曼声子谱（F_2g），结果显示，非静水压下在0～2 GPa区间以及15 GPa附近CeO₂Cl_0.07的拉曼峰随压力的变化存在异常。分析认为，Cl元素的掺入带来氧空位，使得Ce³⁺浓度升高，进而引起4f电子离域。研究结果揭示了CeO₂Cl_0.07在高压条件下的行为，提供了一种新型铈基化合物的高压合成途径。

X射线自由电子激光（X-ray free electron laser，XFEL）装置是诊断微介观材料动态过程的旗舰装置。为了增强对XFEL实验物理的认识能力和装置的设计能力，利用HSWAP工作流管理平台开展了XFEL实验模拟平台的研究工作。HSWAP平台实现了XFEL平台的流程模型、组件模型和数据链接模型，形成初步的XFEL实验模拟平台，并可以方便地使用不同的组件模型创建各种可执行的仿真过程。针对XFEL实验中的X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）和相衬成像（phase contrast imaging，PCI）诊断技术开展了模拟研究，实现了分子动力学模拟与XRD模拟的结合以及近场动力学计算模拟与PCI模拟的结合。通过XFEL实验模拟平台的建立和应用，加深了对XFEL诊断能力和实验物理过程的认识。

为提升硬X射线的探测效率，优化了微通道板对硬X射线响应效率的影响模型，在模型中充分考虑了微通道板多种材料参数、结构参数以及微通道板基底材料原子壳层间相互串扰等因素的影响。在此模型的基础上，分析了微通道板的基底材质、通道直径、通道间壁厚、通道板厚度等参数对其探测效率的影响。基于现有技术条件，给出了微通道板各参数的最优组合及相应的探测效率，结果表明，其对50～200 keV能段硬X射线的探测效率可以达到45%以上。

Nb₃Sn超导材料因其优异的超导性能，被广泛应用于粒子加速器的超导谐振腔、核聚变以及高能物理领域的超导磁体装置中。在失超和快速励磁等极端工况下，超导材料常承受高应变率的动态载荷，进而引发复杂的电磁-热-力多场耦合效应，最终导致其超导临界性能发生不可逆退化。为此，基于分子动力学模拟结果，以连续介质力学和超导物理理论为框架，研究了高应变率拉伸条件下Nb₃Sn复合超导体的弹塑性力学行为、塑性功热耗散引起的绝热温升以及损伤演化对超导临界性能的影响。基于弹塑性变形解耦理论，将变形分解为弹性和塑性两部分，定量分析了Nb基体塑性功热耗散引起的温升演变规律，并基于密度泛函理论分析了绝热温升与变形损伤对Nb₃Sn复合超导体临界性能的影响。研究结果表明：低温高应变率拉伸条件下，Nb基体的塑性变形主要由全位错滑移主导，而Nb₃Sn涂层由于其A15晶体结构的本征脆性，发生脆性断裂。温升主要源于塑性功的热转化，随着塑性应变的累积，温度随之升高。力-热耦合效应显著加剧超导临界性能退化；变形损伤主要表现为非晶化和裂纹扩展，引发电子结构的不可逆转变，进而导致超导临界性能的退化。研究结果有助于理解高应变率作用下Nb₃Sn复合超导体的变形-温升-性能退化关联机制，对超导腔与磁体的优化设计具有理论指导意义。

为了研究鱼雷制导头段结构对水下聚能战斗部毁伤威力的影响，采用AUTODYN有限元分析软件，对不同模拟头段结构条件下聚能侵彻体的毁伤性能进行了数值仿真，分析了不同模拟头段结构下冲击波绕射、靶后载荷传播和毁伤靶板的全过程。研究表明：侵彻体头部速度和后效靶扩孔半径随模拟头段总长度和模拟头段层数的增加而整体呈上升趋势；在一定范围内，增加模拟头段层数可以有效地优化爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）的成型形态，从而提升其后续侵彻能力；在不同模拟头段总长度条件下，存在一个最佳总长度，使侵彻体保持较高头部速度的同时不发生颈缩断裂。

切顶卸压沿空留巷技术在煤矿开采中广泛应用，其预裂爆破采用分段空气间隔装药结构，每段药柱需配备单独雷管起爆，存在单孔雷管用量大、成本高、操作复杂及安全风险突出等问题。为解决此瓶颈，提出将金属聚能射流冲击传爆技术应用于复合顶板预裂爆破。通过 LS-DYNA 系统开展了药型罩结构优化、金属射流冲击传爆影响因素分析以及稳定传爆距离研究。结果表明：铝制药型罩的综合性能最优，当锥角为60°、壁厚为1 mm 时，可形成速度高、长度长且连续性良好的聚能射流；铜制药型罩因强度高、压垮能量阈值大，在低威力装药条件下难以形成有效射流；铅制药型罩虽易驱动，但射流稳定性差、易断裂；当装药长径比大于3时，有效装药量达到饱和，新增装药的能量多通过径向膨胀和热耗散损失，射流的最高速度和稳定速度均趋于稳定；在空气自由场中，锥角为60°、壁厚为1 mm的铝制药型罩射流的冲击传爆可靠距离上限为 90 cm，超过此距离，射流拉伸衰减导致压力不足，无法起爆乳化炸药；钢管等密闭约束可显著抑制爆轰产物的径向膨胀，提升能量利用率，进而延长药型罩金属射流冲击传爆距离。

针对高压下乙醇-氢气-甲烷三元预混燃料的层流燃烧和爆炸特性进行了系统性研究。采用定容燃烧系统，在初始温度为400 K、压力为0.1～0.4 MPa、当量比为0.7～1.4，乙醇体积分数分别为20%、50%和80%的工况下开展一系列实验。结果表明：当量比为1.1时，燃烧不稳定性最强，且不稳定性随着乙醇体积分数和压力的增大而增强，层流燃烧速度随着压力和乙醇体积分数的增大而降低，与机理模拟结果的相对偏差小于7%。在爆炸特性方面，最大爆炸压力与初始压力呈线性关系，其斜率随着乙醇体积分数的增大而增大；最大升压速率在当量比为1.1时达到峰值，最大可达188 MPa/s，对应的爆燃指数为23.66 MPa·m/s，处于相对安全水平。此外，还讨论了不同乙醇体积分数下的最优燃烧区间：乙醇体积分数为20%时，当量比为1.2～1.3、压力为0.1～0.3 MPa；乙醇体积分数为50%时，当量比为1.1～1.2、压力约为0.3 MPa；乙醇体积分数为80%时，当量比为1.0～1.1、压力约为0.1 MPa。动力学分析进一步表明：R1为主导链分支反应，是提升燃烧速率的关键步骤。机理模拟可准确捕捉自由基的演化趋势，验证了反应动力学模型的合理性。研究结果揭示了乙醇体积分数与压力共同作用下三元燃料燃烧和爆炸规律，可为高效清洁燃料设计与燃烧室优化提供参考。

为了更好地防控镁粉在贫燃条件下的爆炸风险，利用爆炸抑爆综合实验装置，对镁粉在不同粒径和浓度条件下的爆炸特性进行了研究，分析了固体惰化剂Mg(OH)₂、Ca(OH)₂、Ca(HCO₃)₂对镁粉的惰化效果，揭示了贫燃条件下固体惰化剂对镁粉的惰化机理。结果表明：镁粉粒径在17～74 μm范围内时，镁粉的最大爆炸压力随粒径的增大而减小；而增大镁粉浓度会导致最大爆炸压力呈先升后降的变化趋势；17.0 μm镁粉的最佳爆炸浓度和最大爆炸压力分别为350 g/m³和0.716 MPa；Mg(OH)₂、Ca(OH)₂、Ca(HCO₃)₂ 3种惰化剂的加入均使镁粉的最大爆炸压力和最大压力上升速率下降，得到了3种惰化剂对镁粉有效惰化和完全惰化时的惰化比，其中，Mg(OH)₂的惰化效果最优，达到有效惰化和完全惰化时的惰化比分别为170%和220%。通过分析3种惰化剂的惰化机理发现：Mg(OH)₂通过受热分解产生MgO，MgO吸附到镁颗粒表面，阻碍镁与氧气接触，从而实现惰化；Ca(OH)₂仅通过受热分解发挥惰化效果；Ca(HCO₃)₂通过受热分解产生CO₂，从而增强惰化效果。研究结果为实现贫燃条件下镁粉爆炸的有效惰化提供了重要参考。

巷道掘进中钻爆法的掏槽爆破效果直接影响爆破循环效率，而现有研究大多忽略了岩体内部节理等细观缺陷的影响。基于PFC（particle flow code） 2D离散元方法，通过引入离散裂隙网络（discrete fracture network，DFN）构建了含不同密度节理的岩体模型，采用粒子膨胀法模拟掏槽爆破过程，系统分析DFN对裂纹扩展、能量耗散及爆后块度的影响。在此基础上，优化炮孔布置方案，将原6孔布置简化为4孔菱形布置，并采用15 ms微差起爆，提高了炸药的能量利用率，爆后效果与原方案相近。现场试验表明，优化方案有效节省了实际生产成本，减少了钻孔工作量。研究结果强调了考虑岩体节理缺陷对爆破参数优化的重要性，为岩巷高效掘进提供了理论依据和参考实践。