高熵过渡金属二硼化物因其优异的力学性能及热物理性能受到了人们的广泛关注。然而，过去通过高温固相反应合成的效率较低。为此，通过高温高压固相反应，在5.5 GPa、2300 ℃的温压条件下合成了以VB₂、NbB₂、TaB₂为基底的6类高熵过渡金属二硼化物。高压提高了高温下的固相反应效率，促进了高熵过渡金属二硼化物的合成。通过X射线衍射和能量色散X射线光谱仪表征并确认了6类高熵过渡金属二硼化物均由纯相组成，不存在氧化物杂质或第二相，且元素分布均匀，不存在元素偏析，证明了高温高压合成高熵过渡金属二硼化物的有效性和普适性。

设计并组装了一套瞬间放电装置，实现了样品在DS 6×14 MN国产铰链式六面顶大腔体压机下的高压瞬间放电加热。结合大腔体静高压加载技术以及瞬间放电加热技术，利用熔体凝固过程中晶体经历形核和生长2个阶段的特征，判断晶体的熔化情况。对h-BN粉晶进行了高压环境下的瞬间放电加热处理，以研究高压下h-BN的熔化行为。采用扫描电子显微镜对高压条件下经历瞬间放电加热处理的样品进行微观形貌分析，判断h-BN晶体的熔化情况，确定了在3.4和4.3 GPa压力下h-BN的熔点分别为(4251±150) K和(4531±200) K。这些发现有利于h-BN的应用探索以及现有氮化硼高温高压相图的修正。

中、高熵合金因很好地兼顾了强度和韧性而备受关注，在多种极端工况下具有重要的应用前景。然而，在强冲击载荷等极端条件下，其动态力学行为和损伤失效机制仍不清楚。为此，研究了NbTiZr中熵合金在平板冲击载荷下的层裂损伤，探讨了冲击应力和加载脉宽的影响。通过波剖面分析，获得了冲击应力、加载脉宽和层裂强度信息。研究表明，NbTiZr中熵合金的层裂强度随冲击应力的增大而线性增大，随加载脉冲宽度的增大呈指数减小，介于3.77～4.80 GPa之间。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射，分析了冲击加载后回收样品的微观组织结构，发现冲击应力和加载脉冲宽度对NbTiZr的层裂损伤形貌有显著影响，层裂损伤形式为准解理断裂，未观察到固-固相变或变形孪晶。

G54钢是我国自主研制的一种新型超高强度钢，具有较高的潜在应用价值。为了研究该材料的动高压性能，为应用推广提供数据支撑，采用火炮作为加载手段，开展了G54钢的飞片对称碰撞实验。实验飞片速度为600～1400 m/s，通过测量G54钢样品的背表面粒子速度-时间历史，获得了典型的冲击相变及层裂信号。通过对粒子速度进行分析，结合材料密度及声速测试结果，获得了冲击压力为13～23 GPa下G54钢的Hugoniot弹性极限、层裂强度、冲击波速度-粒子速度（D-u）关系以及冲击相变点等动高压性能参数。对实验样品进行回收及金相分析发现，随着飞片速度的增加，材料层裂面的损伤机制逐渐从微孔洞聚合主导的韧性断裂向绝热剪切主导的韧性断裂转变。

为进一步揭示不同层理倾角的软硬互层岩在单轴压缩下的声发射特性和裂纹扩展规律，采用类岩石材料制备了软硬互层类岩石试样，基于搭载DS-5型声发射监测系统的RMT-150B型岩石力学试验系统，开展了不同层理倾角（0°、30°、45°、60°和90°）的软硬互层类岩石试样的单轴压缩试验，分析了层理倾角对岩样声发射特性、损伤演化和裂纹扩展的影响。结果表明：试样的声发射活动呈现明显的阶段性特征，且不同层理倾角下其分布特征具有明显差异，声发射特征参数表现出明显的层面效应，声发射累计振铃计数和累计能量随着层理倾角的增大先减小后增大；低频-超高幅信号的突然出现或占比增加可作为软硬互层类岩石试样的破坏前兆，低角度（0°、30°）试样表现为大尺度裂纹稳步扩展破坏，中角度（45°、60°）试样为大尺度裂纹突发失稳扩展破坏，高角度（90°）试样为小尺度裂纹突发失稳扩展破坏，60°层理倾角为试样破坏的最不利角度；试样的损伤累积过程同样具有明显的阶段性特征，在峰值应力前，试样的损伤累积主要集中在高速率损伤阶段，中等角度（45°、60°）的层理面加快了试样的损伤累积过程；不同层理倾角对软硬互层类岩石试样的拉剪裂纹演化的影响差异明显，水平层理面促进了拉剪裂纹的产生，层理倾角的逐渐增大促进了类岩石试样拉剪裂纹的发育，在层理面与岩石基体共同作用下，随着层理倾角的逐渐增大，类岩石试样的剪切裂纹占比先增大后减小，且剪切裂纹数目处于较高水平。研究结果对地下工程围岩结构的稳定性评估具有一定的参考作用。

近场水下爆炸冲击波破坏双壳体潜艇外壳结构后，后续的气泡脉动和射流载荷会对潜艇的内壳体继续造成严重毁伤，因此研究破口附近的气泡脉动和气泡载荷特性具有重要意义。基于受冲击波毁伤后的双壳体潜艇结构，制作预制圆形破口的双层圆柱结构模型，将电火花装置作为气泡发生源，开展了不同爆距参数（爆距与气泡的最大直径之比）和不同破口参数（破口直径与气泡的最大直径之比）条件下气泡与带破口双层圆柱结构的相互作用实验。通过高速摄影机捕捉气泡在双层圆柱结构附近的脉动和射流形成过程，采用粒子图像测速技术对爆炸流场速度进行测试，得到气泡溃灭后产生的水射流速度，同时采用压力传感器测量内层圆柱壳壁面处的压力载荷。实验结果表明：爆距参数决定了内板壁面所受压力的载荷形式、气泡溃灭后是否产生有效射流以及产生的射流速度；当爆距参数在一定范围内时，破口参数影响气泡的脉动以及气泡溃灭后产生的水射流方向。

镁合金和铝合金因具有较高的化学活性，在常规焊接方式下，其表面的氧化物会掺杂到焊接接头内，使得复合板的结合性能下降。为了提高Mg/Al复合板的结合强度，采用真空爆炸焊接法制备了Mg-AZ31B/Al-6061复合板，并与常规空气环境下制备的相同参数复合板进行了对比。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪以及万能试验机，对结合界面的微观形貌、元素分布和力学性能进行分析。结果表明：由于气体冲击波压力不同，真空环境下复合材料的界面形貌与空气环境下有很大区别；真空环境有效抑制了镁、铝2种金属氧化，在熔化区未检测到金属氧化物。此外，还观察到真空环境下试样的剪切强度和拉伸强度显著增大。因此，真空爆炸焊接对Mg/Al复合板性能的提升起到了重要作用，可以作为一种有效的金属焊接方法。

模块化多孔结构相较于传统一体式结构能够更加灵活地满足装配需求，研究其变形模式和吸能特性，可为多孔结构在工程中的应用提供新思路。选用具有正泊松比效应的正六边形和具有负泊松比效应的内凹形作为模块化多孔结构的填充单元，共设计了8种结构，并进行了准静态压缩实验。实验结果与有限元模拟计算结果吻合良好。研究发现：不同填充方式的结构具有不同的变形模式，其中正六边形填充表现出明显的剪切破坏带，交替填充能较好地保持单元的初始形状；2层填充多孔结构的压缩力峰值均大于3层填充结构，2层结构的比吸能也大于对应的3层填充结构；正六边形填充结构的总吸能、平均压缩力和比吸能在4种填充方式中均最小；内凹形填充结构的总吸能和平均压缩力均最大，且其比吸能保持在稳定且较高的水平。

为探讨炮孔不同割缝宽度对爆生裂纹动态扩展行为的影响，采用数字激光动态焦散线实验系统和分形理论，研究了6种不同割缝宽度时爆生裂纹的扩展规律。结果表明：割缝方向的爆生裂纹长度均大于非割缝方向的爆生裂纹长度；随着割缝宽度的增加，爆生裂纹扩展长度呈现先增大后减小的变化趋势；当割缝宽度增加到0.4 mm时，主裂纹扩展长度最大，割缝宽度继续增加后，主裂纹扩展长度减小。当割缝宽度为0.2 和0.4 mm时，分形维数较其他割缝宽度更大，爆生主裂纹的扩展长度较其他宽度下的扩展长度更长，试件定向断裂效果更优。随着割缝宽度的增加，割缝主裂纹的扩展应力强度因子和速度峰值呈现先快速降低再增加至二次峰值，最后振荡下降的变化趋势。割缝宽度为0.2和0.4 mm时，主裂纹应力强度因子的峰值和扩展速度峰值较其他割缝宽度更大。研究成果可为实际爆破工程中的割缝参数选择提供依据。

基于贝壳多尺度、多层级的砖泥结构，构建仿贝壳Voronoi砖泥结构。通过将3D打印、爆炸实验和数值模拟相结合，探索仿贝壳Voronoi砖泥结构在爆炸载荷下的动力学响应，研究Voronoi单元尺寸和层内软材料厚度对结构变形破坏模式和能量吸收的影响。实验结果表明：在40 g球形乳化炸药作用下，仿贝壳Voronoi砖泥结构的前面板中心处出现了向四周蔓延的径向裂纹，后面板出现小块材料脱落。在此基础上，建立了有限元模型，并验证了其有效性。随着药量的增加，仿贝壳Voronoi砖泥结构主要分为塑性变形、前后面板裂纹、小块材料脱落、结构整体贯穿破坏伴随夹持端剪切破坏4种破坏模式。研究发现：仿贝壳Voronoi砖泥结构中硬材料的水平正应力远大于垂直正应力，层间软材料的剪应变大于层内软材料的剪应变。层间软材料的比吸能远大于硬材料的比吸能，约为硬材料的1.8～2.3倍；随着Voronoi单元尺寸的增大，层内软材料的比吸能增大了45.6%；随着层内软材料厚度增加，层内软材料的比吸能增大了31.1%，允许结构进一步的塑性变形。研究结果为仿生结构设计提供了一定的技术依据。

针对高速战斗部侵彻双层目标时装药的损伤问题，基于内聚力模型开展了PBX装药战斗部侵彻双层靶板的数值模拟研究。采用内聚力模型计算装药损伤的出现与演化，分析了侵彻速度与损伤发生的关系，通过损伤比对侵彻结束后PBX装药的损伤进行了量化，建立了PBX装药细观损伤仿真模型，研究了侵彻双层靶板过程中PBX装药细观损伤机制。结果表明：当弹体垂直侵彻双层靶板时，在压-拉反复作用下，装药尾部形成了垂直于加载方向的贯穿裂纹，且装药的损伤程度随着侵彻速度的增大而增大；在侵彻双层靶板过程中，PBX装药的主要损伤模式是界面脱粘，微裂纹最先出现在颗粒边角处，并且逐渐增多，最终界面微裂纹失稳扩展并汇聚为连续的主裂纹。

为探究单轴压缩下不同裂隙倾角对花岗岩-混凝土组合体试件的强度及能量演化的影响，结合室内试验标定的细观参数，采用二维离散元颗粒流程序（PFC^2D）对组合体试件开展了数值模拟研究。结果表明：花岗岩-混凝土的强度和变形特征受裂隙倾角影响，其强度和变形参数随裂隙倾角的增大呈逐渐增大趋势；在单轴压缩过程中，试样内部能量转化为宏观裂纹扩展，最终的破坏模式主要以拉伸失效断裂和剪切失效断裂为主；组合体试件的总能量和耗散能随裂隙倾角的增大而增大，试件破坏时总应变能大于耗散能。基于耗散能的计算，构建了损伤本构方程，当损伤因子为0.8时，试件接近极限状态，此时的能量消耗较大，显著降低了组合体试件的强度。

受孔雀螳螂虾前鄂抗冲击区结构启发，设计并制备了双向波纹夹芯管结构，采用实验和数值模拟相结合的方法研究了其在内爆炸载荷下的动态响应及能量吸收机制。实验获得了结构的外管中点最大挠度和3种典型变形模式：局部塑性变形、塑性大变形以及撕裂破坏。内外管中点最大挠度和结构最终变形模态的数值模拟结果与实验结果吻合较好。通过数值模拟研究了芯层波纹数、内外管壁厚以及炸药质量对外管中点最大挠度和能量吸收特性的影响，结果表明：随着波纹数增大，结构比吸能先增大后减小；增大内管壁厚和减小外管壁厚能有效地提高结构的抗爆性能，当结构内管壁厚为2.5 mm、外管壁厚为1.5 mm时，相比于内管壁厚为1.5 mm、外管壁厚为2.5 mm时，外管中点最大挠度降低了67.6%，质量降低了6.0%；随着TNT当量的增加，内管吸收的能量占比逐渐下降，而芯层和外管吸收的能量占比增加。建立了BP（back propagation）神经网络模型、PSO-BP（particle swarm optimization-back propagation）神经网络模型以及响应面分析模型，分别对结构的比吸能与外管中点最大挠度进行预测，优化了所提出的结构。

蓝宝石因其出色的强度、硬度和光学透明度，常被选为冲击波实验中的观测窗口。深入了解蓝宝石在冲击载荷下的力学和热力学响应机制以及内部损伤原因，对准确评估其性能和稳定性至关重要。利用分子动力学模拟，从原子层面探讨蓝宝石单晶在沿(0001)晶面（C面）冲击作用下的力热响应行为。模拟结果表明，蓝宝石C面冲击作用下激活的滑移系为基于R面{$ 0 \overline 1 12$}的菱形面滑移。冲击速度为1～3 km/s时未出现滑移现象，冲击速度为4 km/s时出现菱形面滑移，冲击速度为5～6 km/s时试样出现以不规则条带为主的非均匀形变。研究表明，蓝宝石滑移系的激活不仅依赖其晶格结构，还需分剪切应力达到临界值。温度场的分析结果表明，局域温升与滑移之间存在对应关系，剪切应变集中区域的温度较高。

基于波阻抗梯度材料的准等熵加载技术是掌握材料动态响应特性的重要技术手段，对于提升材料服役性能至关重要。采用电子束蒸发镀膜技术成功制备出Ti-Pt周期调制梯度材料，通过对周期层内双组分（Ti和Pt单层）厚度的调控，实现了波阻抗的宏观梯度变化。梯度材料实测总厚度与理论设计总厚度的误差仅为1.67%，并且实测平均硬度及弹性模量分别为2.8和99.8 GPa。材料内部层界面清晰，物相分析未发现金属合金相。利用一级轻气炮驱动Ti-Pt周期调制梯度材料加载5 μm厚Al靶，在Al靶内产生冲击-准等熵加载波形。数值模拟结果与实验曲线在上升趋势上吻合良好，5 μm厚Al靶处的粒子速度、应力和应变率曲线的准等熵段存在较大起伏，应变率曲线在正负值间持续振荡，并且振幅较大。应力云图显示周期调制梯度材料在加载过程中会形成多个波系的追赶、叠加、整合。数值模拟结果显示，当靶材厚度为60 μm时，波系完成整合，转变为连续的压缩波。结合数值模拟结果开展了60 μm厚Al靶的轻气炮加载实验，粒子速度曲线和应力曲线的准等熵段转变为平滑的加载波形，应变率曲线准等熵段振幅显著减小，实现了良好的准等熵加载效果。研究结果表明，周期调制梯度材料与靶材厚度需进行匹配设计，研究结果可为新型周期调制梯度结构的应用提供指导。

碳纤维增强复合材料（carbon fiber-reinforced polymer，CFRP）具有优异的抗爆性能，逐渐被应用于舰船结构的抗爆抗冲击设计中。为了探究水下接触爆炸作用下金属/CFRP复合层合板的防护性能，基于任意拉格朗日-欧拉方法，建立了水下接触爆炸对金属/CFRP复合层合板毁伤的流固耦合数值模型，分析了层合板在承受水下爆炸载荷后的变形和吸能特点，比较了不同铺层方式对结构抗爆性能的影响，结果显示，钢/CFRP/钢结构的抗爆性能较优。针对钢/CFRP/钢结构，探究了CFRP的厚度对吸能效果的影响，并进行了厚度优化，得到了较优的厚度比，即1.1∶4.0∶1.1。

在水下爆炸理论与技术的应用研究中，爆炸水池是十分重要的基础试验装置。研究爆炸水池爆破振动效应和减振对于圆柱形爆炸水池使用过程中的振动控制具有指导意义。为研究圆柱形水池内部装药爆炸对周围地面产生的爆破振动并寻求合适的减振材料，选取了建筑碎石、SD型橡胶垫2种减振材料，在小型爆炸水池中进行了单药包在无减振、建筑碎石和SD型橡胶垫减振3种模式下的爆炸试验，对采集到的爆破振动信号进行峰值振速分析、EEMD-HHT（ensemble empirical mode decomposition-Hilbert-Huang transform）处理及小波包分析。结果表明：爆炸水池周围地面的爆破振动包含爆炸冲击波导致的振动、水池跳动导致的触地振动，通过Hilbert瞬时能量分析可以有效识别水池产生的跳动；碎石减振和SD型橡胶减振垫模式下的振速较无减振模式下的振速分别降低53.0%和43.1%，振动能量分别降低64.9%和57.4%；3种减振模式下爆破振动信号的频率主要分布在10～80 Hz区间；无减振、建筑碎石减振、SD型橡胶垫3种减振模式下10～40 Hz频带的能量占比分别为79%、69%、66%，40～80 Hz频带的能量占比分别为11%、29%、31%。碎石和SD型橡胶垫具有吸能、减少低频成分和增加高频成分的效果，可有效降低近处测点的峰值振速。碎石减振模式下振动信号频带的能量分布较SD型橡胶垫模式下的能量分布更加均匀。

钠离子电池因其安全性高、成本低等优势成为电动汽车储能系统的主流研究对象。在电动汽车使用过程中，电池组受到挤压载荷时有可能出现热失控，因此研究钠离子电池碰撞安全与热失控特性对其发展至关重要。为揭示钠离子电池的平板压缩安全特性，针对正极为镍铁锰酸钠（NaNi_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂）、负极为硬碳体系的18650型钠离子电池，搭建电池平板压缩安全特性实验平台，研究电池压缩过程中的力-电-热响应，探究钠离子电池的热失控荷电状态范围和钠离子电池的热失控临界速度范围，并分析内短路过程，探寻受损电池的二次使用界限。结果表明：圆柱形钠离子电池荷电状态在80%和90%时发生热失控，热失控临界速度介于14～15 mm/min之间，且电池压缩过程符合标准“4 阶段”过程，压缩受损圆柱形钠离子电池存在二次使用安全界限。