高压下氢的研究一直是高压物理实验和理论研究的热点，这源于人们对压致金属态—金属氢的追求。氢的压致金属化归根结底是氢的电子结构变化。在压力作用下，氢的电子结构会从低压下的宽禁带绝缘体转变为高压下的窄带隙半导体，最终成为超高压下带隙闭合的金属态。然而，多年来，由于实验条件所限，一直无法对氢的宽禁带带隙和电子结构进行直接实验观测。本文将介绍氢金属化实验技术方面存在的挑战和经历的发展，以及利用新近发展的基于同步辐射非弹性X射线散射技术首次对宽禁带固态氢带隙的研究和相关技术突破，并探讨其可能的发展趋势和方向。

利用金刚石对顶砧高压装置，结合显微激光双面加热技术，对BaGeO₃开展了高温高压实验研究。常温常压下赝硅灰石相的BaGeO₃于12 GPa左右开始非晶化。进一步加压到22 GPa并对已完全非晶化的BaGeO₃样品进行(1800 ± 200) K的高温处理，拉曼光谱显示其转变成一种未见报道的高压新相。在0～17.4 GPa压力范围对BaGeO₃高压新相开展同步辐射X射线衍射测试，其衍射谱可以用6H型六方钙钛矿相进行指标化，并且卸压到常压时仍保持稳定。以6H型钙钛矿相为结构模型，分别对17.4 GPa和常压下的X射线衍射谱进行Rietveld结构精修，获得其结构参数。应用二阶Birch-Murnaghan状态方程拟合实验体积-压力数据，得到其体弹模量K₀ = 150(2) GPa和零压晶胞体积V₀ = 373.0(3) ų。在实验研究的基础上，对6H型钙钛矿相BaGeO₃进行第一性原理理论计算，所得不同压力下的晶格常数和体积数据与实验结果符合得很好，状态方程参数K₀ = 153(1) GPa，V₀ = 374.2(1) ų。20.0 GPa时计算的拉曼光谱也很好地描述了拉曼实验测量结果。研究结果补充了赝硅灰石相BaGeO₃在更高温压条件下的结构相转变。6H型钙钛矿相BaGeO₃的获得为进一步表征该相的物理化学性质奠定了基础，为开发高性能钙钛矿结构锗酸盐材料提供了可能性，同时对于理解硅酸盐钙钛矿结构的相变规律及稳定性、地球下地幔物理化学性质及其变化等具有重要的指示意义。

通过分子动力学方法模拟了原子尺度下高熵合金的制备过程，对AlCoCrFeNi进行了微观组织分析，研究了温度和Al含量变化时AlCoCrFeNi高熵合金在轴向载荷作用下的力学性能。模拟结果显示：Al_xCoCrFeNi高熵合金在拉伸过程中依次经历弹性—屈服—塑性阶段。屈服后，材料开始出现位错，随之出现层错和孪晶；随着位错的不断产生和湮灭，材料产生了不均匀塑性变形。分析显示：Al与其他元素的原子半径差产生的晶格畸变效应以及Al与其他原子的结合力影响了高熵合金的杨氏模量和屈服应力；温度升高导致金属原子间的热振动加剧，原子动能增加，原子间的距离增大，原子间的结合力下降，致使合金的弹性模量和屈服应力下降，温度的净效应类似于晶格畸变。

冲击波与破片的运动关系直接决定两者对目标的联合毁伤效果，采用有限体积方法和网格自适应技术，对高温高压气体载荷作用下圆形刚体破片的运动规律、冲击波的衰减规律以及两者的运动关系进行了数值模拟研究。结果表明，高温高压气团形成的冲击波与破片作用发生反射和透射，在破片前后形成的压力差是导致其加速的主要原因。在破片数量一定的情况下，破片距离高温高压气团中心越远，初速越小。当破片与高温高压气团中心的间距相同时，破片数量越多，初速越大。同时研究发现，冲击波与刚体球存在复杂的追逐关系：当初速较大时，破片和冲击波相遇两次；初速减小时，二者相遇一次；初速进一步减小时，二者不能相遇。冲击波与刚体球破片的前后关系将会影响它们对目标的毁伤是否存在耦合关系。

在气相爆轰制备纳米TiO₂实验中，将设计的可移动纳米粉体收集网台内置于爆轰管内，收集到了爆轰反应过程中生成的纳米TiO₂，首次采用实验的方法探讨了气相爆轰制备纳米颗粒的生长机制。经分析发现，网台上与爆轰管壁收集的粉体为金红石相与锐钛矿相TiO₂，且网台上TiO₂的粒径明显小于管壁上收集的TiO₂粒径。网台到爆轰管尾端的距离对颗粒尺寸影响非常显著，距离越近，纳米TiO₂的粒径越小。结合爆轰波/冲击波在爆轰管中的传播规律，基于实验观察，进一步揭示了气相爆轰合成纳米颗粒的生长机制。

针对连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板和玻璃纤维（GF）增强环氧树脂基复合材料层合板两类典型结构，开展了基于原位测量的冲击损伤定位研究。利用碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板自身的导电性，设计了电极阵列，考察了板厚对定位结果的影响；对于不导电玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板，设计并制备了多壁碳纳米管涂覆的玻璃纤维束（MWCNT@GF）传感器，并将MWCNT@GF嵌入层合板中形成传感网络，考察了不同入射角度对定位结果的影响。对于上述两种方法，编制了冲击损伤成像算法。结果表明：利用冲击前后碳纤维自身电阻和嵌入MWCNT@GF传感器的方法，可准确定位碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板和玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板的冲击损伤。

含氦泡材料的动态断裂性能是多个研究领域关注的重点。采用平板冲击实验技术，对含有氦泡、硼等杂质的铝材料进行了层裂实验研究，由双光源混频系统分别测量了纯铝、掺硼铝以及两种氦浓度的含氦泡铝样品的自由面速度，对比分析了不同杂质影响下铝材料的层裂强度及其差异。实验显示：纯铝的层裂强度为1.28 GPa，引入硼杂质使铝的层裂强度显著降低，降低幅度接近50%；中子辐照掺硼铝引入氦泡后，对铝的层裂性能没有造成进一步影响，说明采用中子辐照掺硼铝方法制备含氦泡铝时，氦泡效应不显著，即氦泡对材料的动态断裂性能影响有限。此外，根据实验测量结果，简要讨论了硼和氦泡等对铝的Hugoniot弹性极限的影响。

陶瓷是具有轻质高强特性的常用抗弹材料，但其本身的脆性特点使得陶瓷利用率较低，局部的击穿往往导致整块陶瓷破碎。为了提高陶瓷的利用率，提出了一种分层梯度陶瓷球金属复合结构，并通过数值模拟研究了陶瓷球尺寸及着弹点的影响。从子弹和靶板的变形、弹速变化和塑性波传播等角度分析了陶瓷球金属复合结构的抗弹机理，并对结构进行了梯度优化设计。研究结果表明，直径为7.2 mm的陶瓷球结构的综合抗弹性能良好，在此基础上设计的梯度陶瓷球结构能进一步提升抗弹性。陶瓷球金属复合靶板呈局部破坏，靶板其他位置仍具有抗打击能力。

为研究不敏感弹药或不敏感引信在战备和后勤贮存过程中的殉爆现象，利用装填JH-14C传爆药的某引信传爆序列，开展了冲击波作用下的殉爆数值模拟研究，获得了引信传爆序列爆轰波成长历程、传播规律以及临界殉爆距离，建立了冲击波能量判据，并给出了殉爆条件。结果表明：冲击波由传爆药左上向右下传播，在最右下端面处起爆，引信传爆序列的临界殉爆距离为9.7 mm；当作用冲击波能量大于临界起爆能量时，引信传爆序列发生殉爆。

采用乙烯基酯树脂预浸料，利用缠绕法制造了ECR耐腐蚀玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料压力容器，在水压试验过程中基于电测法测量压力容器筒体的应变变化情况，结合Abaqus/Explicit有限元模拟重点预测了含有内部分层缺陷的压力容器在外载荷作用下的应变响应。试验和模拟结果表明：该有限元模型的结果与实验结果的相对误差小于12%；当含有内部分层缺陷（缺陷直径分别为10、20、30、40和50 mm）的复合材料压力容器受到位移载荷时，周向应变是主要应变，最大纵向应变和Mises应力位置与加载位置重合，且最大Mises应力随分层面积的增加而增大。

基于Kirchhoff薄板理论和Hamilton原理，考虑应力波效应，对含初始几何缺陷的三边简支、一边固支的复合材料板，建立了振动控制方程，得到了其屈曲临界荷载表达式。采用MATLAB编程进行数值计算，讨论了初始几何缺陷、初相位、铺层角度、屈曲模态阶数及铺层层数对板屈曲临界荷载的影响。结果表明：复合材料板的屈曲临界载荷随临界长度增大、铺设厚度减小、初始几何缺陷系数增大、振型函数初相位减小而减小。此外，复合材料板的各层铺层角度与荷载作用方向的夹角越小，屈曲临界载荷越大，当板的对称铺设层数达到7层时，临界荷载趋于稳定。

受自然界毛竹微观结构的启发，在传统双圆管结构的基础上，在内、外圆管之间引入双菱形肋骨，设计了一种新型仿竹薄壁圆管。基于超折叠单元理论，建立了轴向压缩时仿竹薄壁圆管的理论分析模型。利用ABAQUS 有限元软件对新型仿竹薄壁圆管进行轴向压缩的数值模拟，分析了双菱形肋骨数、内管直径、壁厚等因素对新型仿竹薄壁管耐撞性和变形模式的影响，并与传统双圆管结构进行了对比。结果表明：理论预测与数值模拟结果吻合，平均压缩力和比吸能的误差均在10%以内。与传统双圆管相比，新型仿竹薄壁圆管的比吸能提高了83.61%，压缩力效率提高了198.65%。肋骨数对结构耐撞性能有显著影响，随着双菱形肋骨数目的增加，结构的比吸能逐渐增加，初始峰值力也随之提高；肋骨数较少时，结构出现局部屈曲变形，影响其吸能能力。内管直径越小，初始峰值力越高；内管直径越大，比吸能越小。

采用中心直切槽半圆盘层状岩样测试了层状千枚岩的断裂性能，并基于黏结单元建立了层状岩石的有限元数值计算模型，系统研究了层理倾角、层理强度、层理间距及切缝倾角等参数对层状千枚岩断裂特性的影响。结果表明：当层理倾角在0°～90°范围内时，Ⅰ型断裂韧度逐渐增大，峰值载荷和峰值位移也呈增大趋势；层理倾角为零时，发生张拉破坏。层理倾角在15°～45°时，剪切破坏占主导；层理倾角在60°～90°时，张拉破坏占主导。层理倾角为零时，破坏模式受层理强度影响较小；层理倾角分别为15°和30°时，随着层理强度增大，试样由剪切破坏向拉-剪耦合破坏演化；层理倾角在45°～90°时，试样均呈现拉-剪耦合破坏，且随着层理强度增大，试样有向拉伸破坏为主演化的趋势。层理间距较小时，裂纹呈沿层–穿层阶梯状扩展趋势明显；切缝倾角较大时，裂纹穿层扩展趋势明显。

为了掌握引信在泄压结构作用下的响应特性，通过自行设计的引信泄压装置，开展了烤燃条件下泄压装置对引信响应剧烈程度的影响研究。试验结果表明，慢速烤燃和快速烤燃条件下，泄压结构均可以有效降低引信响应时刻的内部压力，降低引信在烤燃条件下的响应烈度，但是引信在慢速烤燃和快速烤燃条件下的响应情况存在一定差异。通过数值模拟对引信的响应情况进一步分析，结果表明：慢速烤燃条件下，引信点火点位于传爆药柱中心；快速烤燃条件下，引信点火点位于传爆药底部。点火位置不同使得传爆药的压力释放过程不同，慢速烤燃通过中心点火形成从中心至泄压孔的排气通道来释放内部压力，快速烤燃泄压孔释放部分压力后，剩余压力导致底部端盖被冲破。

针对截卵形头部弹体斜侵彻靶标时弹道发生初始偏转的问题，建立了分析截卵平台直径对初始弹道偏转影响的理论和数值仿真计算模型，计算了相同侵彻条件下不同截卵平台直径时，头部侵彻产生的偏转函数和偏转角速度。结果表明：截卵平台头部侵彻产生的偏转力矩会减小弹轴与靶标法线之间的夹角，且随着截卵平台直径的增大，偏转力矩增大，偏转角速度增大，当截卵平台直径增大到1.5倍时，偏转力矩增大到约1.2倍，当截卵平台直径增大到2.0倍时，偏转力矩增大到约2倍；相同截卵平台直径下，随着头部形状系数的减小，偏转力矩和偏转角速度增大。

为研究不同算法对弹体侵彻花岗岩模拟的影响，基于仿真分析软件LS-DYNA中的Lagrange算法及SPH（Smooth particle hydrodynamics）算法，采用Lagrange、SPH-Lagrange耦合及SPH算法分别对弹体侵彻、贯穿花岗岩靶体进行数值模拟，并从计算效率、侵彻深度、速度衰减、靶体损伤、Mises应力分布多方面对比模拟结果，分析3种算法用于研究岩石侵彻问题的优势和不足。研究表明：Lagrange算法的计算效率最高，计算精度高，但存在单元畸变、无撞击溅射、无后坑区等问题；SPH算法的计算效率最低，但模拟效果良好；SPH-Lagrange耦合算法兼具二者优势，但会导致应力滞后和应力波不稳定衰减。在大型模拟中应优先选用Lagrange算法和SPH-Lagrange耦合算法。

针对刚性卵形短杆弹对半无限厚钢靶的侵彻行为，利用12.7 mm弹道枪进行不同着靶速度下12.7 mm穿燃弹正侵彻45钢的弹道试验，并结合数值模拟对侵彻过程中的弹丸侵彻行为进行分析。结果表明：12.7 mm穿燃弹对45钢的临界开坑速度为75 m/s，在弹速范围内弹芯表现出刚性侵彻行为，不同着靶速度下弹芯的侵彻阻力上升趋势基本一致，当着靶速度大于400 m/s时，在开坑结束后会出现常阻力阶段，直至侵彻结束。同时，制式弹对45钢的侵彻深度与着靶动能呈线性正比关系，通过拟合得到了无量纲侵彻深度与无量纲动能的关系式。

长直空间燃气爆炸超压及其振荡将对人员和结构安全产生不利影响。为减轻燃气爆炸危害，基于CFD软件FLACS建立了长直管道空间燃气爆炸数值模型，并对模型进行了验证。利用已验证的数值模型，研究了添加不同体积分数CO₂、N₂和水蒸气的化学当量比CH₄/空气混合气体的爆炸，讨论了惰性气体和水蒸气的体积分数对爆炸超压及其振荡的影响，并对比了3种气体的抑爆效果。结果表明：CO₂、水蒸气和N₂的体积分数每增加10%，密闭管道气体爆炸的最终超压将分别下降81、47、65 kPa，尾端泄爆管道分别下降24、25、20 kPa，3种气体的体积分数分别为25%、26%、30%时，爆炸被完全抑制；CO₂、水蒸气和N₂均能有效抑制爆炸超压的振荡，压力振幅和压力振荡频率均随添加气体体积分数的增加而减小；CO₂对爆炸超压及其振荡的抑制效果最好，水蒸气次之，N₂最弱，这与3种气体的物理特性及其抑爆机理的差异有关。

大量甲烷爆炸事故表明，甲烷/空气预混气体爆炸容易造成大量人员伤亡和巨大财产损失。利用10 cm × 10 cm × 100 cm透明实验管道，探究了细水雾协同滑动装置对甲烷爆炸特性的影响，并着重分析爆炸火焰和超压。结果表明：协同作用下，细水雾对燃烧区超压的影响较小，对未燃区超压峰值有明显衰减作用，甲烷体积分数为11.5%时衰减幅度最大，为44.71%。细水雾对指形火焰有冲毁作用，可加快火焰传播速度，甲烷体积分数为11.5%时，火焰传播速度的提升幅度最大，为62.50%。滑动装置反向压缩火焰至细水雾作用区，加速火焰焠熄。甲烷体积分数为9.5%和11.5%时，火焰焠熄时间明显下降，分别为20.76%和29.65%；甲烷体积分数为7.5%时，火焰焠熄时间下降3.5 ms。

为了预测煤系气开采过程中储层渗透率的演化规律，考虑气体在基质中的动力学扩散作用，基于储层的应力-应变本构关系和渗透率-孔隙率的立方关系，提出了储层的有效应力-渗透率模型，分别建立了储层在常体积和单轴应变条件下的渗透率解析模型。利用现场和实验室测试的渗透率数据，探讨了两种模型的有效性。结果表明，与常体积条件下的渗透率模型和C-M模型相比，单轴应变条件下的渗透率模型能够较好地拟合现场和实验室的渗透率数据，建立渗透率模型须考虑气体在基质中的动力学扩散作用。研究了模型参数对渗透率的影响，结果表明模型参数对渗透率的演化规律以及反弹压力有显著的影响。