研究碳酸盐矿物中氦的扩散行为对理解地球脱气过程中的物理化学性质和动力过程具有重要意义。基于密度泛函理论研究了氦在方解石和文石矿物中的扩散机理，计算了氦在地表和地幔条件下的扩散路径、激活能(E_a)和频率因子(v)。计算结果表明：氦在方解石中的扩散具有明显的各向异性，沿a(b)轴方向的扩散更快；文石呈现中等的各向异性，沿c轴的扩散速率低于a轴。在高压条件下，文石的激活能随压力的增大而增大。方解石晶体在[010]方向的封闭温度为–54～–25 ℃，沿[100]方向的封闭温度为 –12～23 ℃。在地表条件下，氦在文石中的滞留能力比在方解石中强，与以往的实验研究结果一致。

层裂是一种重要的动态损伤破坏现象，由物质界面的反射稀疏波相互作用引起，其细观尺度上的物理机制是微损伤（即微孔洞和微裂纹）的成核、生长和汇合。围绕美国物理学会George E. Duvall冲击压缩科学奖的3位获奖者Grady、Curran和Johnson的相关工作，概述层裂现象的一些主要研究进展，简要介绍层裂现象的研究历史，以期更深刻地理解那些著名的层裂物理模型和实验技术。此外，报道了最近取得的最新研究成果，阐述了冻结不同损伤水平状态的双层靶层裂实验技术与Hopkinson压杆共通的工作原理。针对微损伤成核和生长断裂破碎模型NAG/FRAG在数学上的不一致性和在物理上的不完备性，指出对于延性材料的层裂过程，只要微孔洞成核的累积数目密度满足尺寸的指数分布、微孔洞半径的生长速度与半径呈线性关系，就能够得到解析形式的损伤度演化方程，该修正模型MNAG在数学上是一致的，在物理上是完备的；对于白以龙等建立的欧拉形式的微损伤数目守恒方程，指出计算损伤度不必显式求解该方程，损伤度的表达式一般通过拉格朗日形式的微损伤数目守恒方程获得；针对损伤度函数模型或封加坡模型，以更加简洁的方法进行了推导。

对金刚烷（C₁₀H₁₆）进行了常温原位高压拉曼光谱研究，最高压力为25 GPa。通过分析高压拉曼光谱，结合拉曼频移随压力的变化情况，得出在实验压力范围内C₁₀H₁₆发生了多次相变。0.6 GPa时，C₁₀H₁₆由常温常压下的无序相（$\alpha$相）转变为有序相（$\beta $相）；继续加压至1.7 GPa时，第2次结构相变开始，直至3.2 GPa，第2次相变完全结束；第3次相变开始于6.3 GPa，结束于7.7 GPa；22.9 GPa时发生了第4次结构相变。另外，首次在拉曼光谱上探测到第3次相变过程中晶格振动峰的变化，说明第3次相变并非前人报道的等结构相变。

在YJ-3000 t紧装式六面顶大腔体压机上，用Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪，在1～3 GPa、723～1273 K的条件下，原位测量了纯的和含15%(质量分数)FeS的橄榄石电导率。实验结果表明：在实验温度范围内，含15% FeS的橄榄石电导率比纯橄榄石的电导率高2～3个数量级，且电导率值在0.1～10 S/m范围内；纯的和含15% FeS的橄榄石电导率都随着温度的增加而增大，但是纯的橄榄石电导率对温度的敏感性更强；纯的和含15% FeS的橄榄石电导率随压力变化表现出相反的特性，随着压力的升高，纯橄榄石电导率微弱地降低，而含15% FeS的橄榄石电导率显著地增加。由含15% FeS的橄榄石电导率对温度、压力的效应以及实验获得的活化焓可知，15% FeS在橄榄石中形成了相互连通的网络，主导着橄榄石的导电过程。

冲击波跨越晶界过程中的应力分配机制对于深入理解冲击波与多晶金属材料的相互作用现象和塑性机理有重要意义。为探明该机制，采用分子动力学，对4种面心立方(FCC)晶格金属展开研究，细致统计分析了冲击波在单晶金属{100}晶面内随晶向角变化的应力生成特征及冲击波跨过单一晶界前后的应力状态和大小关系。结果表明：(1)垂直和平行于冲击波运动方向的应力分量随晶向角呈现不同的变化特征，这种应力生成差异的根源来自晶格原子排列导致的受力差异和原子间作用力机制，而其生成差异的结果恰恰是不同晶向塑性差异的主要原因；(2)弹性冲击波跨过单一晶界前后的应力状态存在一定的分配转换关系，由一个独立的应力分配张量D确定，不同FCC晶格元素的D张量形式一致，系数差异小，具有一定的通用特征；(3)验证表明，对于给定的FCC晶格金属，D具有一致的可预测特性，反映了冲击波与晶格相互作用的本质特征。

基于第一性原理并结合粒子群优化算法的卡里普索（CALYPSO）晶体结构预测方法，研究在0～100 GPa压力下，过渡金属铱和类金属锑组成的化合物IrSb的相变行为和物理性质。研究发现：在常压下，具有立方结构$\alpha $-IrSb相的空间群为P6₃/mmc，与实验结果一致；在压力为16.4 GPa时，发现了一种新型立方结构$\beta $-IrSb相，其空间群为C2/c；在76.5～100 GPa压力范围内，其稳定结构为空间群是P-1的$\gamma $-IrSb相。声子色散关系计算结果表明：$\alpha $-IrSb相、$\beta $-IrSb相和$\gamma $-IrSb相在各自的布里渊区没有出现虚频，具有动力学稳定性。计算得出3个相的形成焓均小于零，说明3个相均具有热力学稳定性。能带结构计算结果表明：3个相的晶体结构在费米面附近导带和价带均发生交叠，3个相均呈现金属性。计算并讨论了各相的电荷转移情况，研究发现：Ir原子是受主，Sb原子是施主，电荷从Sb原子向Ir原子转移。

为解决现有爆炸冲击响应谱(Shock Response Spectrum，SRS)加速度重构方法依赖于大量试验数据的问题，对比了阻尼正弦与小波两种不同加速度重构方法在合成爆炸冲击响应谱时的性能。将对重构SRS质量的评估转化为与目标谱匹配度的最小值优化问题，并首次将自适应遗传算法(Adaptive Genetic Algorithm, AGA)应用于SRS重构的优化问题中。对比了交叉先行、变异先行和不定向3种不同的AGA在爆炸冲击响应谱时域重构优化中的性能，并与基本遗传算法(Genetic Algorithm, GA)进行对比。结果表明，AGA的优化结果比GA有较大幅度的改善，且不定向AGA所得结果是3种AGA方法中最好的，其SRS各频点数值均在(–3/+6)dB容差范围之内，与目标谱的匹配度更好。仿真对比算例验证了该方法在冲击响应谱的时域重构应用中具有较高的准确性和实用性，为进一步提高航天器结构在爆炸冲击载荷下响应的计算精度提供了支撑。

高精度多组分分段抛物线法（Piecewise Parabolic Method，PPM）在对可压缩多相流问题进行模拟计算时，在不同组分交界面上存在界面扩散。为此，通过引入包含界面压缩和密度修正的人工界面压缩方法，抑制界面扩散现象。采用一个界面函数表示运动的物质界面，在多组分质量守恒方程和输运方程中添加考虑人工压缩和人工黏性的压缩源项，并在伪时间内采用二阶中心差分法和两步Runge-Kutta方法进行离散求解，采用Strang型分裂格式实现了整体算法的时间二阶精度。一维与二维数值模拟试验表明，结合人工界面压缩之后的PPM能有效抑制界面上数值扩散问题，在长时间的数值模拟中，人工界面压缩能够将扩散界面厚度维持在一定网格之内且保持界面形状不改变，尤其对于涉及稀疏波的问题，如激波引起的水中气泡坍塌，界面压缩效果更为显著。

针对结构动态响应测试中的大量程负向速度测量问题，设计了基于双光源干涉的光纤速度干涉仪（PDV）测试系统，与单光源PDV系统相比，大幅拓宽了负向测速范围。但在爆炸实验中发现，由于光源波长波动产生了位移基线漂移和振荡问题。为此，引入一路参考反射镜，产生双光源干涉本底信号，用于补偿位移基线，并研究了数据补偿算法。经实验验证，补偿后的位移基线漂移量为微米级，双光源模式及补偿方法可行且有效。

为了研究硅橡胶在不同应变率下的冲击拉伸响应，对硅橡胶板材进行了应变率为0.001 s^–1的准静态单向拉伸测试、应变率为15 s^–1的中应变率单向拉伸测试以及应变率分别为350 s^–1和1400 s^–1的高应变率单向拉伸测试。实验结果表明，硅橡胶的单向拉伸力学行为呈现出明显的非线性弹性和应变率相关性特征。在实验结果的基础上，提出了一个可用于描述硅橡胶在不同应变率下拉伸力学响应的宏观唯象黏超弹性本构模型。该模型假设硅橡胶在拉伸加载下的力学响应是超弹性响应和黏弹性响应的组合，其一维流变学形式可以简述为一个超弹性的弹簧和一个松弛时间率相关的Maxwell体的并联。模型拟合结果与实验结果的对比显示，该模型能有效表征硅橡胶在大应变率范围内的非线性拉伸力学行为。

采用微分求积法分析了石墨烯增强纳米复合材料梁屈曲前后的自由振动问题。考虑石墨烯纳米片在基体中随机排列和定向排列的情况，采用Halpin-Tsai微观力学模型估算两种模式下石墨烯纳米复合材料的弹性模量，并通过Hamilton原理建立基于一阶剪切变形理论下梁的动力学控制方程。利用微分求积法计算得到石墨烯纳米复合材料梁的临界屈曲载荷及屈曲前后的固有频率。数值计算结果表明：按合理排列模式掺杂较多的薄石墨烯纳米片，会大幅度提高梁的临界屈曲载荷以及屈曲前的固有频率；但屈曲发生后，同样的做法却会使结构的刚度降低。

利用一级气体炮对烧结钕铁硼（Nd-Fe-B）永磁材料进行平板撞击实验，实现一维应变下的层裂；采用激光干涉测速技术，测量样品自由面粒子速度历史，确定了冲击压缩后层裂强度与加载应力的关系。结果表明：加载应力在0.375～2.512 GPa范围内时，层裂强度随着加载应力的增加先增加后减小，存在一个阈值，当加载应力超过该阈值时，材料发生压缩损伤，层裂强度随之减小。通过扫描电子显微镜观察样品断口形貌，发现在冲击载荷下烧结钕铁硼出现明显的穿晶断裂。

作为典型的脆性材料，陶瓷对变形具有高度敏感性，在强动载荷下具有完全不同于延性金属材料的损伤、破坏行为等力学响应特性。采用分离式霍普金森杆测试系统对Al₂O₃陶瓷进行了冲击加载试验，获得了陶瓷的动态抗拉/压力学性能，以及材料破碎特性随应变率的变化关系。利用能量守恒和动力学的理论方法，对脆性陶瓷材料在不同应变率下的力学特性和碎片尺度进行了深入研究。结果表明：在冲击载荷作用下，Al₂O₃陶瓷的抗拉和抗压强度均与应变率呈正相关。Al₂O₃陶瓷试样在一维应力波作用下的破碎颗粒尺寸差异较大，随着加载应变率的增加，破碎的陶瓷颗粒总数增大，颗粒平均粒径减小，应力集中的影响逐渐减弱。采用DID模型模拟的脆性材料碎片尺度与实验结果比较吻合，Grady模型源于韧性材料的推广，与实验结果的偏差较大。

采用模压烧结法制备了不同成型压强下铝粉粒径分别为10、30和200 ${\text{μ}}{\rm{m}}$的Al/PTFE试件，基于分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置进行冲击引发试验，试验过程中通过高速摄影装置记录活性材料的反应情况。试验结果表明：随着成型压强增大，试件的冲击反应速度阈值均呈现先增大后减小的趋势。铝粉粒径为10和30 ${\text{μ}}{\rm{m}}$时，较高成型压强的试件能够于点火延迟时间1000～1100 ${\text{μ}}{\rm{s}}$处发生反应，使试件冲击反应速度阈值骤降；铝粉粒径为200 ${\text{μ}}{\rm{m}}$时，活性材料点火延迟时间均在600 ${\text{μ}}{\rm{s}}$附近。在相同成型压强下，试件的冲击反应速度阈值随铝粉粒径增大而升高。活性材料的冲击点火反应与材料的微观缺陷、应力波在SHPB装置中的传播、应力脉冲幅值以及材料的破坏过程等因素相关。

压电陶瓷是压电冲击传感器的核心元件。采用分离式霍普金森压杆（SHPB）实验技术研究PZT-5压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性，进行了4～14 m/s不同速度的实验。实验中为保证试件与压杆绝缘，采用了对试件影响较小的表面溅射Al₂N₃的工艺，溅射厚度为1～3 ${{\text{μ}}{\rm{m}}}$。实验结果表明：在冲击加载过程中，PZT-5压电陶瓷的应变变化表现出黏性性质，其产生的电荷与加载过程中试件的应力、应变均相关；当加载速度超过一定值时，加载过程中压电陶瓷可能产生损伤，不同的损伤程度也影响电荷的产生；PZT-5压电陶瓷的力学和电学性能具有明显的率相关性。

为了研究高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应，以100 mm口径滑膛炮作为发射平台，驱动10 kg级卵形弹体以820～1195 m/s速度撞击强度为31.0～43.6 MPa的钢筋混凝土靶，获得了弹体侵彻/贯穿钢筋混凝土靶的终点弹道实验数据，并对弹体的侵彻/贯穿深度、靶板侧面自由面效应、弹体的变形进行了详细分析。结果表明：弹体的侵彻/贯穿深度为2.2～2.8 m，部分经验公式预估的侵彻/贯穿深度与实验结果吻合较好；当靶面相对尺寸较小且弹速较高时，靶板侧面自由面效应比较明显；当弹速达到1195 m/s时，弹体开始由刚体向半流体转变。

为研究不同硬度钢质破片的静动态力学性能及侵彻能力，通过准静态及动态力学性能试验确定了不同硬度D60钢的力学性能参数。采用弹道枪发射破片并撞击钢板的试验方法，获得了不同着速破片对有限厚Q235A钢板的侵彻过程参数，分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。结合量纲分析法，得到不同硬度钢质破片侵彻Q235A钢板的弹道极限速度经验关系式。结果表明：破片的质量损失程度随着破片硬度的增加而降低，剩余破片的长度随着硬度的增加而减少，破片的侵彻能力随着硬度的增加而增加，HRC36破片贯穿钢板后剩余速度相对HRC20破片大幅度提高。所确定的弹道极限速度经验关系式预测值与试验结果吻合较好。

建立了卵形弹侵彻钢板的FEM-SPH耦合计算模型，研究了弹靶间摩擦系数对弹体剩余速度计算结果的影响，根据实验结果确定了合理的摩擦系数，使耦合计算模型能准确地预测弹体剩余速度和靶板弹道极限。以该模型为基础，在两种不同着靶速度下，研究了弹体的旋转对其正侵彻和以不同入射角斜侵彻钢板时剩余速度和弹道偏转的影响。正侵彻下：旋转对弹体剩余速度的影响大，而对弹道偏转的影响很小；随着转速的增加，剩余速度增大，弹体侵彻能力提高。斜侵彻下：旋转对弹体的剩余速度和弹道偏转都有明显影响，但弹体转速的增大并不总使其侵彻能力提高，与入射角和着靶速度有关；同时旋转使弹体沿入射面外发生偏转，其偏转方向与弹体的旋转方向相关。

刚性柱附近浅水爆炸时冲击波传播、气泡射流受多种因素影响。考虑水面、水底、刚性柱与水下爆炸冲击波及气泡的耦合作用，基于LS-DYNA有限元软件，建立浅水爆炸全耦合模型，通过经验公式验证有限元模型的正确性。研究表明：采用炸药直径1/3～1/2中心渐变网格能够较好地保证数值模拟精度。在冲击波传播阶段，刚性柱迎爆区冲击波峰值上升并产生切断现象，冲击波下降段被“截断”，而背爆区冲击波峰值衰减约50%，同时正压作用时间增加；在气泡脉动阶段，气泡在收缩阶段产生指向刚性柱的气泡射流，当刚性柱与炸药之间的距离约为一个气泡半径时，刚性柱附近的脉冲荷载增幅最大，脉冲荷载最大测点水深较爆心上移。

采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对花岗岩靶板受碰撞侵彻的大应变、高应变率变形问题进行了数值模拟。为了描述弹目材料的非线性变形及破坏特性，对花岗岩靶板引入了Holmquist-Johnson-Cook（HJC）本构模型及损伤模型，对弹体引入含损伤的Johnson-Cook（J-C）本构方程和Grüneisen状态方程，靶板与弹体均离散成拉格朗日粒子。通过自编程序仿真计算0～4 m/s的着靶速度下花岗岩靶板的三维侵彻过程，对比分析了钢珠在不同弹体条件下的侵彻结果，在固体侵彻、半流体侵彻和流体侵彻的区域内拟合了侵彻深度随着靶速度的变化曲线。数值计算结果显示，侵彻深度随着靶速度的增加在固体侵彻区间（$ {v_0} <1421\;{\rm{m}}/{\rm{s}}$）呈现递增趋势，在半流体侵彻区间（$ 1421\; {\rm{m}}/{\rm{s}} \leqslant {v_0}\leqslant1700 \;{\rm{m}}/{\rm{s}}$）呈现递减趋势，在流体侵彻区间（${v_0} > 1700\;{\rm{m}}/{\rm{s}} $）呈现递增趋势并逐渐趋于平滑，达到峰值。

作为汽车及航空工业中主要承载和碰撞吸能部件，帽型薄壁梁可通过自身结构塑性变形实现被动吸能。因此，研究帽型薄壁梁结构在冲击载荷作用下的变形模式和吸能特性对其被动安全设计具有重要的意义。分别对DP980和DP780双相钢帽型薄壁梁结构开展了落锤轴向冲击实验，并对其变形位移、峰值载荷、变形模态和能量吸收能力进行分析。研究结果表明：无论是DP980还是DP780帽型梁试件，在受到冲击载荷作用时，均从试件上部发生塑性屈曲变形并形成褶皱，其下部则无明显变形；DP980帽型梁冲击变形更小，残余高度更高，宜作为抗冲击变形防护结构；DP780帽型梁最终屈曲变形产生褶皱更多，冲击载荷作用时间增加，峰值载荷更低，宜作为抗冲击载荷防护结构。综合考虑吸能效果，DP980帽型梁的能量吸收能力与DP780帽型梁相近，研究结果为冲击防护结构的选材提供依据。

采用数值模拟与理论分析相结合的方法研究了多层级波纹板夹芯结构在准静态压缩载荷下的变形规律与能量吸收性能，建立了结构临界失效载荷的计算公式，并与数值模拟结果进行了对比，理论预测与数值模拟结果吻合较好。分析了芯层厚度对二级芯层结构在压缩载荷下的变形模式及能量吸收性能的影响，并与一级结构进行了对比。结果表明：二级芯层结构的能量吸收性能显著优于一级芯层结构；随着结构芯层厚度增加，二级结构的比吸能和载荷效率增大；芯层厚度较小时二级单层结构的比吸能高于二级双层和三层结构，二级双层结构的比吸能略高于二级三层结构。