含能材料在军事、民用和航天等领域具有广泛应用，极端条件下其物理化学性质会发生显著变化。通过模拟研究预测和优化含能材料性能具有重要意义，包括性能预测、优化设计、安全评估、成本效率控制等。为此，综述了极端条件下含能材料的研究背景、基本性质、模拟研究方法及进展、关键问题以及相关实验研究进展。其中，详细介绍了量子力学、分子动力学、蒙特卡罗和有限元等模拟方法及其研究进展，阐述了高压、高温、激光作用和界面效应等极端条件下模拟研究的关键问题，并列举了含能材料在撞击感度、化学释能规律、3D打印、绿色电合成、爆轰机理和超高含能材料合成等方面的实验研究进展。通过遴选代表性研究，展示了模拟研究在实际问题中的应用和解决方案。同时，介绍了一些最新研究成果，以反映该领域的最新进展和未来趋势。此外，详细讨论了跨学科研究的实现方式以及含能材料在极端条件下的安全性问题，包括可能的风险和预防措施。

为了提高年轮式超高压模具腔体的极限承压能力、增大腔体容积，提出了一种缠绕离散式大腔体超高压模具结构，该模具主要由离散式压缸、支撑环和钢丝缠绕层组成。离散式结构消除了整体式压缸的周向应力，模具无需使用大尺寸硬质合金和支撑环，可有效提高模具的极限承压能力，降低模具制造难度，易于实现模具腔体大型化。对模具关键参数进行计算，得到确定模具结构最佳尺寸的方法。数值模拟结果表明：在相同的工作内压加载下，离散式压缸的应力值更低，压缸内壁的应力环境得到有效改善。对缠绕离散式大腔体超高压模具的极限承压能力进行预测，发现随着离散块数量的增加，模具的承压能力逐渐增强，但是增长速度越来越缓慢。因此，不能通过无限增加离散块数量来增加模具的极限承压能力。分析表明，缠绕离散式大腔体超高压模具的承压能力更高，降低了模具的运行成本。研究结果可为大腔体、高承压能力的超高压装置设计提供新思路、新方法。

为解决北衙金矿在使用预裂爆破技术时整体爆破效果不佳的问题，基于RHT损伤本构模型，利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件，开展了不同孔距下预裂爆破的数值模拟研究。结果表明：当预裂孔炮孔间距为120 cm时，孔间裂纹存在较为明显的分叉，且裂纹扩展范围较大；当炮孔间距为130 cm时，裂纹向四周扩展的范围减小，且炮孔周围岩石的损伤程度明显降低；当炮孔间距增加至140 cm时，相邻预裂孔连线上的裂纹仅在局部连通，无法实现孔间贯穿。上述结果说明，130 cm的炮孔间距在降低预裂爆破自身对岩体的扰动与实现有效爆破成缝之间达到了平衡。基于数值模拟试验结果开展了现场试验，爆破效果良好。研究结果可为矿山的预裂爆破设计和施工提供参考。

为提高现场混装乳化炸药的耐高温性能，制备了4种不同甲酸铵含量的现场混装乳化炸药基质样品。采用旋转流变仪和同步热分析仪研究了4种样品的流动性、黏弹性、黏温及其热分解性能。结果表明：加入甲酸铵可以提高现场混装乳胶基质的黏度，且随着甲酸铵质量分数的增加，样品的黏度出现先增大后减小的趋势；与未添加甲酸铵的样品相比，加入甲酸铵的样品的弹性模量增大，稳定性增强；当甲酸铵的质量分数不大于9%时，在50 ℃左右的温度下，乳胶基质的黏度均能够满足泵送要求；甲酸铵的加入对乳胶基质的热分解过程没有明显影响；随着甲酸铵质量分数的增加，其外推起始分解温度、活化能、热爆炸临界温度和自加速分解温度均有所增加，现场混装乳胶基质的热稳定性和热安全性得到提升。

为了探究不同喷射压力对受限空间内汽油的燃爆特性的影响，运用20 L球形爆炸测试装置，对不同喷射压力下汽油云雾燃爆的特征参数变化、火焰传播、温度变化进行了测试。结果表明：最佳喷料时间为100 ms，最大燃爆压力和最大燃爆压力上升速率随喷射压力的增加呈线性上升趋势，燃爆持续时间则呈线性下降趋势。喷射压力的变化对燃爆持续时间的影响更为显著，汽油的燃爆效率随着喷射压力的增加而显著提高。基于比色测温方法对火焰温度场进行重构，发现最高平均温度与喷射压力呈线性关系，最高平均温度随喷射压力的增加而升高。通过火焰传播过程中云雾形态和火焰温度的变化情况，就喷射压力对汽油云雾燃爆的影响进行了分析。研究结果可为增压直喷式内燃机的设计以及汽油内燃机燃烧效率和经济性的提升提供理论参考。

利用可视化仿真技术研究弹体侵彻混凝土的毁伤机理和靶板响应是爆炸冲击领域的重要课题。混凝土作为常见的建筑材料，在遭受爆炸冲击或高速弹体侵彻时，其毁伤行为复杂多变。介绍了一种理论研究与可视化技术相结合的可视化仿真方法。基于空腔膨胀理论建立了优化的侵彻计算模型，可以预测弹体侵彻混凝土的侵彻深度特征。利用可视化物理引擎，对弹体运动轨迹、开坑孔径、靶板损伤、碎石飞溅等进行了细致的表征处理和仿真，增强了场景的真实性和可靠性。开发的可视化仿真系统不仅能够从多角度观察弹体侵彻混凝土的过程，而且能够高效、准确地分析和预测弹体侵彻混凝土靶的损伤行为和动力响应，在建筑工程设计和安全评估中具有重要的应用前景，为理解和探索混凝土侵彻机理提供了新的视角。

为研究碳纳米管掺量对混凝土梁损伤演化过程及裂纹扩展规律的影响，制备了质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%的碳纳米管混凝土三点弯曲梁试件。采用搭载声发射测试系统的YNS300电液伺服万能试验机开展三点弯曲试验，得到了声发射能量、振铃计数和幅值等声学信息，并基于声发射参数对裂纹类型、损伤演化过程进行分析。结果表明：碳纳米管混凝土三点弯曲梁破坏时产生的声发射能量明显高于素混凝土梁，但随着碳纳米管掺量的增加，其破坏时产生的声发射能量逐渐减小；碳纳米管的掺入可以提高混凝土三点弯曲梁的承载能力，但超过某一界限后，其承载能力随着碳纳米管掺量的增加而降低；碳纳米管的掺入使得混凝土三点弯曲梁第一次声发射幅值突变的时间提前，试样破坏前，振铃计数及累计振铃计数增长缓慢，近似直线，试样断裂瞬间，两者均急剧上升；声发射信号源隶属于拉伸裂纹，碳纳米管混凝土三点弯曲梁断裂属于Ⅰ型断裂，拉伸裂纹和剪切裂纹占比与碳纳米管掺量之间没有明显关系，但声发射平均频率、上升角度信号源数量与碳纳米管掺量之间具有显著的相关性。不同碳纳米管掺量下，混凝土三点弯曲梁试样的损伤演化规律基本保持一致，试验前期损伤曲线基本为水平直线，破坏阶段损伤变量首先处于快速增长阶段，而后呈陡增式增长。

桥丝式电点火头作为常用的点火元件，在有限空间内的发火特性是其传爆精确性和可靠性的体现。通过制备测试样品模拟桥丝式电点火头发火的有限空间，设计桥丝式电点火元件发火参数测试系统，测试了电点火元件发火过程的时间结构、有限空间内气体压力以及发火光强等参数；采用高速相机拍摄电点火元件发火的动态过程，建立了电点火元件有限空间内发火动态过程的物理模型。研究表明：随着点火电压的增大，桥丝的相变时间缩短，等离子体阶段的持续时间增加，随后趋于稳定，电点火头的发火时间在5.6 ms左右波动，发火压力时间及发火光强时间在3.0～5.0 ms范围内有界波动。点火电压达到20 V后，发火特性参数趋于稳定，能够可靠输出均匀的点火能量，用于点燃下一序列装药。在气室有限空间内，电点火元件发火动态过程可分为桥丝升温加热药剂、药剂发火、热流扩散和冲击波反射4个阶段。

爆压间接标定中的不确定度无法消除，不确定度量化能提高模型的可信度和预测能力。然而，爆压间接标定函数具有复杂非线性结构耦合多输入变量等特征，使得爆压不确定度传播研究遇到“维数灾难”等问题。活跃子空间是处理爆压不确定度量化的有效工具。首先，导出系统响应量（system response quantity, SRQ）的梯度协方差矩阵；然后，基于Monte Carlo方法，寻找活跃变量，即SRQ变化最快的方向；接着，将高维输入不确定度转化成一维空间处理，避免了“维数灾难”；最后，建立基于一维活跃变量的四阶多项式响应面模型。结果表明，活跃子空间方法成功刻画了输入不确定度对SRQ的影响，且试验结果落在代理模型预测值的置信区间内，确认了爆压模型的预测能力。研究还发现，爆压的离散程度较大，与孙承纬的结论吻合。此外，建立了一种新的爆压模型。该模型是仿射变换与多项式函数的复合运算，具有形式简洁、光滑性好、鲁棒能力强、运算速度快的特点，且系统输入量是随机变量而非固定值，多项式拟合系数不因输入不确定度的变化而改变。该研究方法具备体系性，可以推广到其他类型的炸药爆压预测。

为了研究球形预制钨破片在圆柱形装药驱动下的飞散规律，开展了预制破片战斗部飞散试验。针对传统梳状靶无法测量破片群速度分布的问题，设计并制作了一种全新的交叉梳状靶，成功测得了多个破片穿靶产生的脉冲信号和着靶位置。采用LS-DYNA模拟研究了圆柱形装药爆炸驱动球形破片的飞散特性。结果表明：数值模拟结果与试验结果吻合良好，交叉梳状测速靶能够较为准确地测量多个破片的飞散速度；增加装药长径比可以削弱装药两端稀疏波对破片速度的影响，但效果随长径比增加而逐渐减弱。

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了NaCl、KCl和KBr晶体在不同压力下相Ⅰ和相Ⅱ构型的几何、电子和力学性质，探讨了这些性质与相变点之间的关系，利用吉布斯自由能法对NaCl、KCl与KBr晶体的相变点进行判断。结果显示，对于NaCl的相Ⅰ结构，在0～30 GPa压力范围内，随着压力的升高，带隙不断增大；在30～50 GPa压力范围内，带隙随着压力的升高而下降，30 GPa正位于NaCl相Ⅰ结构的相变点。这表明根据电子结构判断金属卤化物在压力作用下的相变点具有一定的可行性。由高压下的晶体结构、声子谱以及力学稳定性无法对碱金属卤化物的相变点进行判断。通过吉布斯自由能法计算出了NaCl、KCl和KBr的相变点，分别为22.26、3.47和3.11 GPa。

采用不可压缩理论模型，对FP-2装置上开展的磁驱动固体套筒实验进行了模拟分析。模拟结果表明，无论是二维磁流体力学理论模型，还是其他不可压缩理论模型，回流罩结构磁驱动固体套筒的边界磁感应强度公式中都包含一个小于1的套筒电流系数。对不同套筒厚度、不同套筒半径条件下磁驱动固体套筒实验的电流系数进行了模拟，发现电流系数不仅与套筒内半径有关，还与套筒厚度有关；套筒内半径越大，套筒电流系数越小；套筒厚度越大，套筒电流系数越小。准确掌握磁驱动固体套筒电流系数的变化规律，可使磁流体程序从磁驱动固体套筒实验的后验模拟发展为精确预测，使磁流体力学模型真正具备正确设计和指导磁驱动固体套筒相关实验的理论能力。

为探究电子雷管内的电子控制模块在延期状态下受冲击载荷时的失效机制，采用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）对电子雷管试件进行了高过载加载测试，得到了整体电子控制模块和分离出钽电容的其余电子控制模块受不同加载压力时的失效情况。结果显示：钽电容在1.495×10⁵g过载时出现电压下降现象，且过载越大，短路失效情况越明显；在一定过载范围内，钽电容因其特有的自愈性，可在短时间内回到起始量级；当过载超过临界范围，达到3.848×10⁵g时，钽电容损坏且无法逆转。模块内其余组件的抗过载能力强于电容，芯片在4.155×10⁵g过载后检测异常，电阻元件失效发生在4.249×10⁵g以上过载。

乙醇/甲烷/氢气（C₂H₅OH/CH₄/H₂）作为一种新型的替代燃料，研究其爆炸特性对于我国新能源的可持续发展具有重要意义。在不同的当量比（0.8～1.4）、初始压力（0.1、0.2和0.4 MPa）和初始温度（370、400和450 K）下，从实验和化学动力学角度分析了其对关键爆炸特性参数，如峰值爆炸压力、峰值爆炸压力上升速率、爆炸时间以及爆燃指数的影响。结果表明，爆炸特性参数在当量比为1.2～1.3之间时出现极值。峰值爆炸压力与初始压力呈线性正相关，而与初始温度呈线性负相关。增大初始压力，火焰锋面裂纹、胞化程度加深，峰值爆炸压力增大。此外，实验工况下评估的最大爆燃指数为20.83 MPa·m/s，表明预混燃料的燃烧处于相对安全水平。基元反应敏感性分析表明：爆燃反应与H和OH自由基密切相关，而R1、R8、R24、R96是影响爆炸反应强度最重要的4个基元反应。研究成果可为C₂H₅OH/CH₄/H₂三元混合燃料在实际燃烧装置中的应用、燃料安全性评估以及爆炸事故预防提供参考。

复杂结构在爆炸驱动作用下的展开是展开型定向战斗部定向过程中的关键问题，对展开过程进行有效控制，有利于战斗部的起爆延时控制和破片利用率提高。针对复杂结构体的展开问题，基于JWL状态方程和第二类拉格朗日方程，从能量守恒出发推导了考虑爆轰产物膨胀过程和对目标命中状态的爆炸驱动展开模型。将驱动展开模型计算结果与文献实验结果进行对比，验证了爆炸驱动展开模型计算结果的准确性。结果表明，基于该模型的理论计算结果与实验结果的一致性较好，能较为精确地预测不同装药量下结构的展开时间；将辅助装药1与辅助装药2的质量比控制在1.5～1.7，结构体展开可达最佳命中姿态，更有利于命中目标。研究成果可充实定向战斗部设计理论，为展开型定向战斗部的设计提供参考。