通过比较JC模型预测结果与6种金属（2024-T351铝合金、6061-T6铝合金、OFHC无氧铜、4340高强钢、Ti-6Al-4V钛合金和Q235软钢）在不同应变率及温度下的实验数据，对JC本构模型的精确性进行了关键评估。为了进一步评估其精确性，采用JC本构模型和失效准则对平头弹正撞2024-T351铝合金靶板进行数值模拟，并与实验结果比较。结果表明：JC本构模型只适用于中、低应变率和温度下的Mises材料，对非Mises材料该模型预测的剪切应力-应变曲线和失效与实验结果吻合较差；同时，JC本构模型的精度随应变率和温度的提高而降低，特别是在高应变率条件下利用实验得到的动态增强因子进行相应数值模拟时，所得计算结果与弹道穿透实验结果不一致，说明其表达式（即准静态应力-应变关系×动态增强因子）是不恰当的。

桥梁作为交通枢纽中的重要关卡，受到强冲击载荷作用后的毁伤效果一直是国内外关注的热点问题。炸药爆炸是对其进行毁伤的最为有效的手段之一，研究爆炸冲击波在桥梁结构中的传播规律对桥梁结构抗爆设计和爆炸事故救援具有至关重要的作用。为此，搭建了桥梁的局部结构并进行爆炸毁伤实验，为数值模拟研究提供数据参考。采用自主开发的三维爆炸与冲击问题仿真软件EXPLOSION-3D对仿桥梁结构的爆炸冲击波传播问题进行了数值模拟研究。将数值模拟结果与实验结果进行对比，验证了数值算法的有效性；进一步通过对比不同位置处的压力时程曲线来分析爆炸冲击波在仿桥梁结构中的传播规律，并分析了炸药在不同位置处爆炸和不同当量炸药爆炸对桥梁结构毁伤的影响规律。基于数值仿真结果，得到了给定工况下炸药对仿桥梁结构内的人体和车辆的毁伤程度。最后，通过对比分析不同工况的数值模拟结果，从仿真的角度给出了安全预防建议。

超硬材料在工业上具有广泛的应用前景，如切割器具、研磨材料及耐磨涂层等。作为5d过渡金属双氮化合物之一的ReN₂由共价键、离子键及金属键混合而成，因而具有诸多如高硬度、高熔点、耐腐蚀等优异的物理性质，进而具有潜在的研究价值。采用密度泛函理论中的平面波赝势法计算了零温零压下C2/m-ReN₂的结构性质，并首次研究了高压下C2/m-ReN₂的力学结构稳定性及弹性性质。研究得出了C2/m-ReN₂的弹性常数、弹性模量、德拜温度、声速随压强的变化关系，除个别弹性常数，这些物理量皆随压强的增加而增加。还预测了C2/m-ReN₂的韧脆性，并估算了C2/m-ReN₂的维氏硬度。

基于金刚石压腔技术的高压拉曼散射光谱在高压科学的前沿研究中发挥重要作用，金刚石压砧的荧光效应影响测试样品的拉曼散射光谱信噪比。采用激光拉曼光谱仪，对202粒宝石级金刚石进行光致发光研究，确定了N3、H3和NV⁰中心等光学缺陷中心的存在，发现其浓度控制零声子线及荧光发射谱的强度，与金刚石荧光强度呈正相关。金刚石的二阶拉曼位移峰（约2664 cm^–1）两侧基线强度比值与荧光强度呈负相关，利用该比值可准确判断金刚石荧光的强弱。此外，金刚石中光学缺陷中心浓度的不均匀性普遍存在，多点测试综合分析能提供更全面的荧光信息。研究结果可为高压拉曼测试时金刚石压砧的选择提供有效的理论和实践依据。

选用不同形状的{100}金刚石籽晶面，以NiMnCo合金为触媒，利用温度梯度法在压力为5.5 GPa、温度为1260～1300 ℃的条件下，合成Ib型金刚石大单晶。通过光学显微镜和电子显微镜对晶体的形貌进行表征。研究发现，将合成籽晶的{100}晶面切割成不同形状，只会令晶体的长宽比发生改变，晶体并不会因籽晶形状的改变而偏离{100}晶体的正常形貌。晶体的合成质量受到籽晶长宽比的影响：在籽晶长宽比较小的情况下，晶体的合成质量能够得到保证；但当籽晶长宽比过大时，合成晶体的下表面出现较多缺陷。关于籽晶形状对晶体生长情况影响的研究，揭示了籽晶形状与合成晶体形貌之间的关系，有利于更深入理解晶体的生长过程和外延生长机理，对于今后合成不同形貌的金刚石具有借鉴意义。同时此项研究有助于扩大籽晶的选取范围，降低籽晶的选择难度，提升工业级金刚石的利用率，为合成金刚石大单晶的籽晶选取提供了技术支持。

Fe₃C（渗碳体）是一种用途广泛、力学和磁学性能优良的材料，因而其制备方法一直受到人们的关注。通过高温高压下铁和碳的固相反应，成功制备出大块、致密、高纯的Fe₃C样品，探索了原料种类、颗粒大小、合成温度、合成压力、保温时间等因素对烧结样品的影响。结果表明：当Fe粉粒径为9 $ {\text{μ}}{\rm{m}}$，石墨粒径为1.3 $ {\text{μ}}{\rm{m}}$，在4 GPa、1000 ℃条件下烧结的Fe₃C最为致密。

在玻璃纤维缠绕金属内胆复合材料压力容器的制备过程中，将应变传感器埋在金属内胆与玻璃纤维/环氧树脂复合材料层之间，得到了具有原位监测功能的纤维缠绕压力容器。对该纤维缠绕压力容器开展水压疲劳和爆破实验。疲劳压力的最大值和最小值分别为25 MPa和2 MPa，最大疲劳周次为5700；打压爆破压力为零到爆破压力，打压速率为2 MPa/s。实验过程中，利用埋入式应变传感器原位监测了压力容器的应变变化，建立了不同载荷作用下纤维缠绕压力容器的应变与受载情况之间的关联。结果表明：采用埋入式应变传感器监测纤维缠绕压力容器的健康状况具有可行性；该方法在保护应变传感器不受外载荷破坏的前提下，原位监测了压力容器在疲劳和爆破实验中的应变变化趋势。

利用离散元软件PFC^2D（Particle Flow Code）建立了分离式霍普金森压杆（SHPB）系统，模拟了无机玻璃圆柱和圆盘试件在冲击压缩下的动态力学行为和失效破坏模式。结果表明：无机玻璃作为典型的脆性材料，其抗压强度具有明显的应变率效应，而杨氏模量则对应变率不敏感；无机玻璃圆柱的破坏过程受纵向压力、端面摩擦力以及横向惯性力的影响，初期微裂纹呈三角状分布，随着纵向应力水平的提高，出现明显的泊松效应，产生横向张应力，致使微裂纹沿纵向扩展，最终试件发生沿轴向的劈裂断裂；摩擦系数和泊松比对试件破坏模式及强度有一定影响。将建立的SHPB数值实验平台用于模拟无机玻璃巴西圆盘试验，揭示了圆盘发生中心开裂的拉伸特征及拉伸强度的应变率相关性。

颗粒金属材料的宏观力学性能与其细观特性密切相关，金属粉末的冲击压缩问题有待深入研究。选用实验结果较为丰富的铜粉末作为研究对象，基于多颗粒有限元法建立了颗粒金属材料的二维数值分析模型，研究了铜粉末在冲击压缩下的力学行为。数值计算结果表明，在较高速度冲击下颗粒金属材料呈现出高度局部化的变形带，变形带如同冲击波一样从冲击端向支撑端传播。利用速度场计算方法，计算得到了塑性冲击波波阵面的位置，进而获得了不同孔隙率（0.25～0.60）铜粉末的粒子速度与冲击波波速之间的Hugoniot关系，其在较高冲击速度（200～300 m/s）下与实验结果吻合较好。发展了以动态锁定应变为唯一参数的冲击波模型，较好地表征了铜粉末在较高速度冲击下的Hugoniot关系和波后应力。

为实现对岩石的充分破碎，有效利用炸药能量，基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA及流固耦合（ALE）算法，研究了不同炮孔间距对岩石（角岩）爆炸裂纹扩展的影响，同时将模拟结果应用在工程实践上加以验证。结果表明：随着两炮孔间距离的增大，单炮孔周围裂纹扩展更加充分，炮孔周围粉碎区增大，萌生的分支小裂纹逐渐减少，主裂纹增多。在两炮孔之间受到相邻炮孔爆炸应力波影响的区域，主裂纹发育扩展较为明显，且随着炮孔间距的增大，主裂纹相互贯通的位置越靠近两炮孔中心连线方向。工程实践表明：数值模拟结果与爆破工程效果具有较好的吻合性，将数值模拟结果用来指导爆破方案设计是可行的，能够为爆破工程提供重要的参考。

针对连续管在作业中易出现疲劳失效等问题，进行了连续管在内压、弯扭耦合加载下疲劳寿命评估。首先分析了耦合加载下连续管低周疲劳失效机理，基于Brown-Miller疲劳寿命模型建立了连续管疲劳寿命数值计算模型，开展了内压和弯曲加载下连续管疲劳实验，实验结果证实该数值模型是可行的。计算了内压和弯曲耦合加载下连续管低周疲劳寿命，以及内压和弯扭耦合加载下连续管低周疲劳寿命。计算结果表明，连续管最大塑性应变和疲劳敏感区出现在轴向拉伸面和压缩面，与现场连续管失效情况是一致的。通过计算得到了连续管安全服役的临界扭矩值和内压值。

利用时间分辨阴影成像技术进行飞秒激光烧蚀金属表面研究可以直观获取飞秒激光烧蚀金属表面产生冲击波膨胀过程的图像。通过对比飞秒激光烧蚀金属铝、铜、铁靶表面的冲击波膨胀形式发现：金属铜、铁表面的冲击波均以球面波形式传播；由于受到烧蚀物质喷溅的影响，铝靶表面竖直方向的冲击波传播形式由球面波转化为柱面波。

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP)层合板低速冲击力学性能，开展了铺层顺序为[45₄/–45₄]_4T的CFRP层合板落锤低速冲击试验。研究了条形冲锤冲击角度和半球形冲锤直径两个影响因素下的CFRP层合板低速冲击力学响应，同时通过凹坑深度和分层损伤面积研究了层合板低速冲击损伤特性。试验结果表明：当条形冲锤冲击角度与层合板表面纤维方向平行时以及以较小直径的半球形冲锤冲击时，最大中心位移和能量耗散较大，凹坑深度和分层面积也较大；在冲锤直径和冲击角度两个单因素变量下，凹坑深度与分层损伤面积成正相关；直径为10 mm的半球形冲锤冲击层合板时，在凹坑区域存在明显的纤维断裂；14 mm和16 mm半球形冲锤冲击时，损伤虽目视可见，但未见明显纤维断裂。

讨论了玻璃纤维/环氧树脂复合材料（Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP）增强Q235圆钢管在低速冲击荷载作用下的应变率效应。通过轴压试验和轴向低速冲击试验获得了试件在准静态和低速冲击状态下的力学响应（轴向荷载及轴向位移），为后续仿真工作提供了依据。编写了可以考虑初始失效、损伤演化及应变率效应的GFRP材料子程序（VUMAT），并基于ABAQUS对构件的轴压及轴向冲击过程进行了仿真再现。通过仿真将不考虑应变率效应、只考虑钢管应变率效应、只考虑GFRP应变率效应、考虑钢管及GFRP应变率效应4种情况下的结果进行了对比分析。

从飞机结构强度设计角度出发，研究了大当量爆炸冲击波作用下飞机目标毁伤效应评估方法。根据飞机结构强度设计准则，确定了典型飞机目标的失效判据。通过有限元分析，获得了典型飞机目标机翼在均布冲击波作用下完全失效的超压值，与试验数据对比表明，该方法具有较好的合理性。在此基础上，考虑动态加载下的结构响应，通过计算不同工况下飞机目标失效的超压值和相应的持续时间，获得了飞机失效的冲击波超压-冲量准则，为后继冲击波对飞机整体毁伤效应评估提供了更为合理的方法。

在不改变原型航空炸弹的质量特性和其他舱段功能特性的前提下，为有效利用航空炸弹的辅助舱段头罩，改进设计头罩成为内部装配破片的新结构，通过隔舱战斗部实现头罩破片的有效加载，毁伤面积提高20%以上，加强了航空炸弹对于理论落点和炸点投影点周围地面目标的有效打击。

为研究港池环境近水面水下爆炸载荷及其对码头结构的损伤特性，设计了一种典型码头结构，并构建港池环境，运用LS-DYNA程序开展水下爆炸数值模拟研究，对爆炸现象、荷载特性、结构动态响应和能量吸收特性4个方面进行了详细研究，分析了边界、比例爆距等参数的影响规律。结果表明：爆炸气泡脉动主要受到码头结构边界和水面的影响，水底和有限港池内的流体运动对其亦有一定影响；冲击波荷载以比例爆深为中心呈垂向对称分布，气泡脉动荷载主要分布于比例爆深以下位置；结构变形和毁伤主要在冲击波传播阶段形成，气泡脉动和射流的二次毁伤效果较弱；混凝土和沉箱内填土是主要能量吸收部分。

为研究碳化硼陶瓷的抗侵彻性能，开展了$ \varnothing$12.7 mm钢球侵彻碳化硼陶瓷及复合靶板、12.7 mm长杆弹侵彻超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）约束碳化硼陶瓷复合靶板实验，讨论了碳化硼陶瓷的破坏模式，研究了约束方式对碳化硼陶瓷抗侵彻性能的影响。结果表明：在钛合金/UHMWPE背板约束作用下，弹丸与陶瓷的相互作用时间更长，产生更细的陶瓷粉末，大尺寸碎片含量减少，吸收的能量更多，陶瓷的抗侵彻性能进一步提高；背板在弹体和陶瓷锥的共同冲击下，造成钛合金的花瓣形卷边破坏，UHMWPE层合板伴随着较大范围的层间分层，形成“X”形隆起现象；采用纤维约束陶瓷，使碳化硼陶瓷板在子弹侵彻时能够保持完整，增强了对弹体的磨蚀作用，提高了抗弹性能，具有一定的抗多次打击能力。通过分析碳化硼陶瓷复合装甲的抗侵彻机理，为今后复合装甲的优化设计提供了参考依据。

弹靶侵彻仿真中材料参数对计算结果有着至关重要的影响。为寻求一套适用于弹靶侵彻仿真计算的材料参数拟合方法，借助前期开展的靶板材料动态力学性能试验、靶板材料断裂试验，通过不同拟合方法依次得到不同的JC本构模型及失效模型参数，依据试验建立有限元计算模型，将数值计算结果与试验结果进行对比。结果表明：（1）对于同一材料的力学性能试验，采用不同的拟合方法可得到不同的JC本构、JC失效参数，二者会对弹靶仿真结果造成一定影响；（2）在不考虑温度软化项的前提下，采用高应变率作为参考应变率进行拟合能更加准确地表征材料在高应变率下的应力-应变关系，更加适用于弹靶侵彻强瞬态、高应变率作用过程仿真；（3）对于同一JC本构模型，采用平均应力三轴度拟合的JC失效模型较采用初始应力三轴度拟合的JC失效模型所得战斗部剩余速度计算结果偏小，仅采用拉伸试件结果拟合的JC失效模型较采用扭转、拉伸试件结果拟合的JC失效模型所得战斗部剩余速度计算结果偏小。

为了研究攻角对锥头弹体贯穿薄钢靶破坏模式和弹体偏转的影响，利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了锥头弹体以2°～10°攻角贯穿薄钢靶的模型。先验证了模型及参数的可靠性，在此基础上进行了锥头弹体在不同攻角和初始速度条件下的贯穿数值模拟。结合靶板的破坏与弹体的偏转过程提出了一种四阶段分析模型，并系统地研究了攻角对弹道和弹体偏转角变化规律的影响。结果表明：攻角贯穿薄钢靶失效模式为非对称花瓣形破坏；攻角越大，初始速度越小（大于弹道极限速度），弹道偏转越明显；弹体偏转角变化规律与初始速度范围相关，当初始速度高于1.4倍弹道极限时，弹体偏转角呈现先增大后减小的变化趋势；弹体出靶时刻的角速度随攻角的增大而增大，随着初始速度的增加先反向增大后减小。

为了验证某组合装药的撞击安全性与内爆威力，开展了组合装药的大型落锤试验及爆炸罐内爆威力试验研究。结果表明：单一温压炸药在400 kg落锤作用下的临界落高为2.2 m，组合装药分别在2.2、2.3、2.5和2.7 m落高时均未发生爆炸反应，证明组合装药具有更好的撞击安全性；组合装药的初始冲击波超压峰值是单一温压炸药的61.9%，比冲量是单一温压炸药的99.4%，准静态压力峰值是单一温压炸药的94.5%。考虑到炸药在有限空间内爆炸的能量释放特性，将准静态压力峰值作为威力评价标准更为合适。试验结果证明组合装药的内爆威力与单一温压炸药相当。

为了研究环境温度对以铝粉、乙醚、硝基甲烷为原料的气液固多相混合物爆炸特性的影响，利用20 L球型爆炸罐，在不同环境温度(20～50 ℃)下，实验研究了温度变化对混合物的爆炸超压、最大爆炸压力上升速率和爆炸下限的影响。结果表明：实验工况下，乙醚的爆炸特性参数随温度升高而降低；铝粉的爆炸特性参数受温度影响较小；气液固多相混合物的爆炸压力随温度升高略微下降，最大爆炸压力上升速率先升后降，存在一个最佳浓度配比使爆炸威力最佳；气液固多相混合物的爆炸下限随温度升高而下降，在绝大部分易挥发物质汽化后，混合物下限趋于稳定。

针对煤矿火区封闭过程中常发生的瓦斯爆炸问题，运用20 L爆炸装置，实验研究了不同环境温度(25～200 ℃)和CO浓度(1%～10%，体积分数)条件下瓦斯的爆炸极限和最大爆炸压力。结果表明：单因素可燃性气体CO体积分数升高，瓦斯爆炸上限、下限均下降，爆炸极限范围变宽；温度升高，爆炸上限升高，下限下降；常压条件下，随着温度升高，爆炸上限与初始温度呈二次函数关系变化，爆炸下限与初始温度呈对数关系变化；瓦斯爆炸上限与下限爆炸压力随着初始温度升高均降低，随着CO体积分数升高均升高。多因素高温与CO气体耦合作用下，瓦斯爆炸上限升高，下限下降，瓦斯爆炸危险性增加；初始温度和CO气体对爆炸极限的耦合影响比单一因素的影响大，对爆炸上限的影响更为显著。

地下管廊是城市地下空间的重要组成部分，若燃气在地下管廊输送过程中泄漏进入管廊内部并引起爆炸，将会产生严重的后果。以平潭综合试验区环岛路管线工程为背景，基于流固耦合和ALE(Arbitarty Lagrange Euler)多物质算法，采用ANSYS/LS-DYNA软件建立管廊结构和土体的三维模型，研究地下管廊内燃气爆炸作用下敷设“泡沫铝”抗爆结构和“钢板-泡沫铝-钢板”夹芯抗爆结构的抗爆性能以及管廊的动力响应，并分析不同抗爆结构对管廊结构的应力和变形影响以及抗爆结构的吸能能力。结果表明：爆炸荷载作用下，燃气仓内墙上距离爆炸荷载最近的结构首先发生破坏，随着爆炸进程的发展，燃气仓内墙与外墙连接处也发生破坏；敷设泡沫铝和泡沫铝夹芯结构可以降低廊体结构的损伤，其中又以泡沫铝夹芯结构效果最佳；在泡沫铝夹芯抗爆结构中，结构应力衰减最快，测点应力峰值与无任何抗爆结构的管廊相比降低了67.35%，而在泡沫铝抗爆结构中应力峰值仅降低了43.99%；关于抗爆结构吸能方面，在无任何抗爆结构的管廊内，管廊动能峰值为0.11 kJ，而复合抗爆结构管廊的动能峰值仅为0.021 kJ，与无任何抗爆结构的管廊相比，动能降低了80.9%。综合研究发现，管廊内敷设泡沫铝夹芯结构时吸能和抵抗爆炸冲击波能力最佳。

针对输电线由于覆冰引起各类事故灾害的问题，采用线装药爆破方式进行除冰是一种新思路。为研究该方法的除冰机理和关键技术，通过小尺寸覆冰输电线的爆破实验和数值模拟，研究爆破除冰机理和爆破参数影响规律。结果表明：爆炸载荷的直接作用使迎爆面覆冰大量粉碎，背部覆冰内形成贯穿型裂纹，随后解体或者在电线的冲击振动下脱除。当覆冰对导爆索约束较弱时，爆炸能量从约束较弱侧迅速衰减，当覆冰无法形成贯穿型裂纹时则不能脱冰。导爆索位于覆冰内部时有利于爆破除冰，因此应根据覆冰厚度预估装药间隔。

输电线路是输电网络的重要组成部分。然而，电网输电线路山火频发，严重威胁输电线路的安全运行，因此研究输电导线在山火过后的力学性能特别是疲劳寿命尤为重要。考虑到导线在微风振动中的疲劳破坏主要由其拉伸力的变化引起，为确定山火过后输电导线的力学性能特别是疲劳性能的变化情况，利用恒温管式电阻炉模拟不同的架空输电导线（钢芯铝绞线）受到不同温度的山火烧烤，然后对冷却后的单丝导线进行疲劳拉伸试验，得到疲劳拉伸破坏次数随退火温度变化的规律，并与新导线和真实山火后的导线进行对比。试验结果表明：导线的疲劳极限随着退火温度的增加而减小；退火温度大于250 ℃时，导线的拉伸循环次数急剧下降；退火温度大于350 ℃时，拉伸循环次数趋于稳定。研究结果可为输电线路发生山火情况下的安全运行提供参考。