随着装药战斗部对材料性能要求的不断提升，阐明纳米粉末在冲击载荷下的微观组织演变过程成为优化毁伤元材料的关键问题。采用分子动力学方法，对比研究了典型Al基纳米粉末Al-Fe-Ni和Al-Fe的冲击波传播特性、相变行为及位错演变规律，揭示了冲击速度和Ni元素引入对Al基纳米颗粒微观组织演变的作用机制。结果表明：提高冲击速度会显著增强材料的热力响应特征，并促进相变；当冲击速度为0.6 km/s时，Fe和Ni颗粒未发生显著变形；当冲击速度升高至1.5 km/s时，压力超过35 GPa，温度超过6000 K，Al颗粒熔化，Fe和Ni颗粒深度融合，热力耦合作用导致大量无序结构产生。冲击速度不会影响位错空间分布，但可显著调控位错密度；Ni元素的引入可增强材料的热力响应，改变体心立方相的演变路径，提升密排六方结构占比，同时提高位错密度，调控位错反应时机，促进不可动位错、位错钉扎及位错环结构形成，影响位错的时序演化和空间分布特征。研究结果可为优化毁伤元材料的制备工艺及应用提供依据。

综述了非均质炸药冲击起爆的微/细观数值模拟和宏观数值模拟的研究现状，分析了非均质炸药冲击起爆数值模拟的未来发展趋势，旨在对数值模拟方法以及冲击起爆机理有更深入的理解。现有用于冲击起爆的细观数值模拟手段都具有各自的局限性，需要发展一种能够兼顾边界识别、大变形计算和高计算效率的全新计算框架，捕捉冲击起爆过程中的各种机制。目前已发现的热点机制包括结构缺陷引起的热点机制和无损伤热点机制，2类热点在冲击下都会产生能量局域化效应。冲击下不同类型热点之间的耦合机制尚不明确，需要深入研究各种类型和各个尺度热点之间的耦合作用，以全面揭示热点在冲击起爆中的作用机理，从而为冲击起爆各个阶段的数值模拟提供支撑。现有冲击起爆宏观反应速率模型考虑的物理机制不足且普适性不强，需要进一步发展能够考虑多热点耦合作用和热点统计分布的反应速率模型，从而提高反应速率模型的通用性和预测能力。在模拟冲击起爆全过程时使用宏观模拟会忽略较多细节，使用微/细观数值模拟则计算量巨大，因此，需要结合2种方法的优势发展跨尺度计算方法，从而在宏观模拟中减小计算量并引入小尺度信息。

NaI在高压下展现出与NaCl等其他碱金属卤化物截然不同的相变行为。X射线衍射实验结果表明，NaI在压力作用下由B1相转变为B33相。然而，由于实验中缺乏传压介质，并且NaI具有高吸水性，因此，实验获得的相变压力可能存在误差。鉴于此，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，预测了NaI在20 GPa压力下由B1相到B33相的结构相变。理论计算验证了之前的实验结果，但计算得到的相变压力略低于实验值。此外，详细阐释了NaI各项物理性质随压力的演变，发现高压下NaI的带隙减小，脆性和紫外区的光反射性能增强。研究结果为探索极端条件下碱金属卤化物的潜在应用奠定了理论基础。

为解决Invar合金在实际应用中硬度低、使用寿命有限的问题，采用双辉等离子表面合金化技术(double glow plasma surface alloying，DGPSA)在Invar合金表面制备了Mo及CoCrFeNiMn硬质涂层，使用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱仪研究了2种涂层的相结构、微观结构及元素分布。采用纳米压痕法研究了加载应变率对2种硬质涂层表面硬度、弹性模量和蠕变性能的影响。结果显示：制备的Mo涂层厚度约为8.3 μm，涂层内部致密均匀，涂层具有体心立方结构；制备的CoCrFeNiMn涂层厚度约为10 μm，涂层内部存在少量孔隙，涂层具有面心立方结构。纳米压痕实验测得Mo涂层和CoCrFeNiMn涂层的硬度分别为15.49和8.18 GPa，弹性模量分别为278.70和227.12 GPa，2种硬质涂层均显著提高了Invar合金的表面硬度和弹性模量，且2种涂层均具有足够的韧性。2种涂层的硬度均随应变率的增大而增大，展现出明显的应变率效应，弹性模量基本保持稳定。同时，2种涂层的蠕变行为会受到加载应变率的影响，纳米压痕蠕变行为主要表现为位错运动，Mo涂层的改性效果优于CoCrFeNiMn涂层。

通过缠绕方式可以增加绳索界面的接触摩擦系数，进而提升其应用的安全性和稳定性。然而，当前关于纤维缠绕的黏滑特性及动摩擦力学行为研究尚存在不足，特别是其与速度相关的黏-滑转换机制仍很欠缺。为此，设计了纤维缠绕的界面黏滑实验，研究了具有高弹性模量的碳纤维以及具有低弹性模量的聚合物纤维在不同加载条件下的界面动摩擦力学性能，探讨了不同加载速度以及界面润滑条件对2种纤维滑移的影响规律。结果表明，界面间的滑动状态主要由材料的弹性模量以及界面间滑移速度共同决定，高弹性模量材料相较于低弹性模量材料更容易脱离黏滑状态进入纯滑动状态。润滑状态下界面摩擦系数的速度敏感性更高。理论结果表明，初始阶段纤维缠绕的界面摩擦系数分布并不均匀，与缠绕角度成反比关系，且弹性模量较高的纤维界面滑移状态的同步性更强。研究结果可为纤维缠绕的界面摩擦与安全使用提供理论和技术支撑。

为实现材料性能优化并保障工程结构安全，需要研究具有复杂结构的水泥水化模型的力学性能。为此，考察了水灰比及各相体积分数对水泥浆体等效力学性能的影响，提出了一种基于数据驱动的模型，用于预测水化水泥结构的力学性能。通过HYMOSTRUC 3D软件生成波特兰硬化水泥浆体三维结构切片，基于Python编写的批处理程序，将切片批量转换为ABAQUS模型。通过拉伸仿真模拟，得到结构的等效弹性性能和等效强度，运用数据驱动方法建立反向传播预测模型。模型的超参数优化采用K折交叉验证方法，以提高模型的泛化能力。最终训练得到的神经网络模型能够准确预测水泥水化结构的力学性能，显著降低传统分析方法在材料微观尺度研究中的复杂性。研究结果为水泥基材料的性能预测提供了一种高效且可靠的解决方案。

轻量化点阵结构具有出色的强度、刚度和能量吸收能力，被广泛应用于抗冲击吸能装置。受到孔隙率梯度点阵结构的启发，通过调节节点刚度提升其性能，探索通过等距离体心偏移调控体心立方（body-centered cubic，BCC）晶格结构在力学性能和能量吸收方面的表现。数值模拟结果表明，等距离偏移BCC晶格的比吸能、刚度和平台应力均优于传统BCC晶格和体心线性增量偏移BCC晶格。通过有限元方法进一步分析了体心偏移方向和偏移量对BCC晶格压缩性能和比吸能的影响。结果表明：沿压缩方向的体心偏移对刚度和强度的影响更为显著；随着偏移量的增加，BCC晶格结构的应变硬化效果更明显；与传统BCC晶格相比，体心沿3个垂直方向各偏移1 mm时，BCC结构的比吸能增加169%。此外，基于塑性铰理论推导的偏心BCC晶体的平台应力可为高性能结构设计提供有效参考。

爆破开挖是提升运河航道扩挖效率的重要施工方法，但其引起的爆破振动效应可能对既有水道的桥梁下部结构产生不利影响。为阐明桥梁下部结构在爆破开挖振动作用下的动力响应特性，依托平陆运河航道扩挖爆破工程，结合经现场测试验证的有限元模拟方法，分析了爆破影响下邻近桥梁下部结构的应力和振速分布特征，基于最大拉应力准则，提出了桥梁下部结构的安全振速阈值。结果表明：在运河爆破开挖振动作用下，桥梁桩基与承台交接处产生最大拉应力；下部结构振动较大的部位主要位于桩基；以承台为监测点的桥梁下部结构的安全允许振速为3.2 cm/s。

为实现复杂地质环境下隧道爆破振动的有效控制，明晰爆破振动传播规律、准确预测爆破振动速度是爆破安全施工中的重要关注内容。依托高速公路猴屿隧道多级别围岩多方案爆破实际工程，通过LS-DYNA分析了不同爆破方式下不同级别围岩的振动衰减特征，并利用现场试验验证了数值模拟的合理性，最后采用量纲分析理论建立了考虑地表高程差影响的振速预测模型。结果表明：随着爆源距增加，合振速先迅速衰减后缓慢衰减，其中已开挖区隧道上部围岩振速大于未开挖区，围岩强度等级和围岩振动速度整体上呈负相关关系。对于围岩合振速，采用上下台阶留核心土法时最大，单侧壁导坑法-右侧上台阶爆破次之，单侧壁导坑法-左侧壁导坑爆破最小；而对于围岩合振速衰减速率，单侧壁导坑法-右侧上台阶爆破时最大，上下台阶留核心土法次之，单侧壁导坑法-左侧壁导坑爆破时最小。采用上下台阶留核心土法时，埋地管道、建筑群、寺庙、油库的最小安全距离分别为95、81、447和73 m；采用单侧壁导坑法时，埋地管道、建筑群、寺庙、油库的最小安全距离分别为56、72、327和71 m。

针对施工过程中的岩爆事故防控需求，提出了一种基于改进沙猫群-核极限学习机（improved sand cat swam optimization-kernel based extreme learning machine，ISCSO-KELM）算法的新型岩爆预测模型。在指标选取方面，采用围岩最大切向应力、单轴抗压强度、单轴抗拉强度和岩石弹性能量指数作为岩爆的评价指标。选取国内外105组岩爆实例作为机器学习样本，通过对比随机森林、K最近邻、支持向量机、核极限学习机等模型所预测的混淆矩阵，验证了ISCSO-KELM模型在评估精确率（96.774 2%）和召回率方面的优越性。最后，以相关工程实例作为验证集对岩爆等级进行验证。结果表明，ISCSO-KELM模型在处理岩爆问题上可以更好地捕捉岩爆等级与评价指标间的内在关联，具有良好的适用性，为岩爆预测提供了一种新的技术途径。

为探究近场爆炸作用下公路简支钢箱梁桥的破坏特征，基于LS-DYNA建立了简支钢箱梁桥的有限元模型，通过钢箱梁缩尺模型爆炸实验验证了数值模拟方法的可靠性，探讨了不同爆炸荷载、不同爆炸位置下钢箱梁桥的破坏特征。研究结果表明，简支钢箱梁在近爆荷载作用下的破坏特征主要为局部破坏，包括顶板破坏、底板破坏以及隔板位移与破坏，其中受爆炸直接冲击的顶板破坏最为严重。爆炸位置对桥梁破坏的影响显著，无隔板约束位置的顶板破坏面积分别比单隔板和横、纵隔板共同约束位置增加了50%～70%。另外，纵隔板加劲肋会反射冲击波，进而导致底板裂口偏移，在500 kg当量范围内，最大裂口中心偏移量随着TNT当量的增加偏移0.5～1.5 m。因此，在实际钢箱梁桥设计中，应重视隔板和加劲肋的防护能力。