碳原子多样的杂化方式使得碳材料具有复杂的结构和性能。寻找并开发具有新结构的碳材料，实现碳材料的精准可控合成是碳材料研究的重要方向。高压（高于1 GPa）可以有效地压缩分子间距，促进不饱和分子发生聚合，为“自下而上”合成碳材料提供了新的策略与机遇。高压下的化学反应多为固相反应，反应分子受到晶格的约束，表现出拓扑化学反应的特点。这意味着可以通过控制反应物的晶体结构调控反应路线，进而合成具有特定结构和功能的碳材料。本文报道了利用高压固相拓扑聚合方法合成聚烯烃、聚炔化合物、金刚石基纳米线、碳纳米带、石墨烷以及高电荷离子型聚合物等多种碳材料的研究进展，并简要介绍高压下化学反应的特点与机制。

高压下的量子精密测量对于研究极端环境下的物质结构及演化具有重要意义。针对传统方法难以实现高压下原位高分辨率磁探测的难题，近年来提出了基于固态色心的高压量子精密测量技术，并取得了一系列重要进展，对于推动极端条件下的物质研究具有重要意义。本文主要聚焦基于碳化硅色心的高压量子精密测量，回顾了碳化硅中硅空位色心和双空位色心在高压下的光学和自旋性质，介绍了利用碳化硅色心光探测磁共振技术进行的高压量子传感，包括Nd₂Fe₁₄B的磁性相变、YBa₂Cu₃O_6.6超导体的超导转变温度-压力相图等，展示了基于碳化硅色心的高压量子精密测量在压力传感、压致磁性相变以及压致超导转变方面的应用。

基于原子力显微镜的压痕技术具有高分辨、高精度等优点，是表征材料力学性质的重要手段，在材料科学、纳米科学、生物力学等领域具有广泛应用。首先，介绍了原子力显微镜及相关压痕技术的基本工作原理；然后，回顾总结了基于原子力显微镜的压痕技术在低维材料、软材料等领域的应用；接着，简要综述了原子力显微镜技术在二维材料高压相变方面的最新研究进展，着重介绍基于原子力显微镜的新型埃压痕技术，该技术可施加亚纳米级压痕深度，有效表征与调控二维材料的层间耦合作用；最后，对基于原子力显微镜的压痕技术在未来的发展和应用进行了展望。

在压力和温度分别为10 GPa和1050 ℃的条件下制备了Na_0.5K_0.5NbO₃陶瓷样品，采用超声干涉法测量了样品在不同静水压力下的压缩波速和剪切波速。通过三阶有限应变状态方程拟合，获得了多晶Na_0.5K_0.5NbO₃的体积模量（172.6 GPa）和剪切模量（54.6 GPa）及其压力依赖性。研究发现，样品的杨氏模量随着压力的升高而增大。基于弹性模量数据，得到样品的泊松比为0.342，表明材料具有延展性，但在高压下展现出脆性。随着压力的升高，维氏硬度和断裂韧性均增强；通过经验模型，得到陶瓷样品的维氏硬度为2.40 GPa，断裂韧性为2.33 MPa·m^1/2。基于弹性波速度和密度数据，推导出Na_0.5K_0.5NbO₃陶瓷的徳拜温度为 513.1 K，Grüneisen常数γ为2.113。这些结果为评估Na_0.5K_0.5NbO₃在高压下的声学性质和弹性相关的综合性质提供了科学依据，同时为Na_0.5K_0.5NbO₃在高压下的工程应用提供了参考。

建立了纳秒脉冲激光烧蚀SiC的实验平台和激光烧蚀诱导等离子体的实验测量系统，并采用一维流体力学程序模拟了高功率激光烧蚀SiC的过程和烧蚀过程中产生等离子体射流的动力学过程，获得了纳秒激光对SiC的烧蚀规律，研究了激光烧蚀过程中产生的等离子体对烧蚀效率的影响。研究结果可为纳秒激光烧蚀材料的相关工程化应用提供参考。

为确定六硝基茋基PBX-1炸药产物的状态方程参数，采用平面波透镜加载和激光干涉测速技术，测量了在长度不同、直径为6 mm的PBX-1炸药药柱爆轰驱动下金属平板的自由面速度变化历程。实验结果表明：PBX-1炸药的爆轰波传播速度约为6798.2 m/s，且炸药的长径比对驱动平板的有效装药量有显著影响；与长径比为1的情况相比，长径比为2时PBX-1炸药驱动平板的有效装药量更小，导致金属平板的最大运动速度降低，但是在驱动平板过程中，金属平板受平面波透镜加载边界的影响较小。基于实验数据，开展了长径比为2的PBX-1炸药爆轰驱动平板的数值模拟，确定了PBX-1炸药爆轰产物的状态方程参数，计算得到的平板自由面速度变化历程与实验结果吻合较好。研究结果可为冲击片雷管的可靠性评估提供重要的基础参数。

采用二维磁驱动数值模拟程序对磁驱动样品实验进行了模拟研究。数值模拟结果表明，二维磁驱动数值模拟程序模拟的样品/窗口界面速度（或飞片/窗口界面速度）与实验测量速度基本一致。磁驱动样品实验的结构系数与样品材料、阴阳极之间的初始间隙、电极板宽度等负载初始结构相关，不随磁驱动样品实验的演化过程而改变。样品材料不同，结构系数不同。对于同一样品材料，在其他初始条件相同的情况下，电极板越宽，结构系数越大。二维磁驱动数值模拟程序能够正确模拟磁驱动样品实验，是磁驱动样品物性研究的重要工具。

在冲击加载实验中，飞片速度是确定样品动态压缩性的重要参量。电磁感应测速系统是针对超高速运动状态的速度测量系统。基于有限元方法和ANSYS Electromagnetics Suite三维建模，模拟了飞片的测速过程，并验证了模拟结果的可靠性。结合实验结果，证实相同条件下模拟信号的感应电动势误差为1.1%，低于系统误差（2.0%）。模拟信号的测速误差小于0.4%，低于系统测速误差（0.9%）。分析了Al、Cu、Ta、W、93W飞片在不同飞片厚度、半径、倾斜角度、运动速度以及线圈孔径条件下检测线圈中感应电动势的变化规律。模拟结果为在冲击实验中更好地测量飞片速度提供了参考。

为了提高2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶氧化物（ANPyO）的热稳定性，基于多巴胺氧化自聚合原理，采用原位聚合法将聚多巴胺（polydopamine，PDA）包覆在ANPyO晶体表面，通过调节反应时间，制备了不同包覆率的ANPyO@PDA核壳型复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪对其形貌、晶体结构、分子结构和元素含量进行了表征，采用热重-差示扫描量热仪测试了ANPyO@PDA复合材料的热分解性能。结果表明：PDA在ANPyO表面形成均匀致密的涂层；PDA包覆后ANPyO晶体结构和分子结构没有发生改变；随着反应时间的增长，包覆率逐渐增加；PDA包覆3和9 h时，使得ANPyO的热分解峰值温度分别提高1.97和1.95 ℃，表观活化能分别增加25.04和139.33 kJ/mol，热爆炸临界温度分别提高23.12和20.04 ℃；ANPyO@PDA复合材料的热稳定性和热安全性高于ANPyO。

陶瓷/纤维复合装甲的抗弹性能与弹靶的破碎特性之间有明显的关联。当背板材料不同时，波阻抗差异会影响陶瓷与背板之间的应力波传播，使弹丸和陶瓷面板产生不同的破碎现象，致使复合靶板的防护性能有所不同。针对弹丸侵彻不同纤维背板的陶瓷复合装甲时的弹靶破碎特性，开展了12.7 mm口径的穿燃弹侵彻陶瓷/Kevlar纤维复合靶板和陶瓷/碳纤维复合靶板的弹道试验，结合Rosin-Rammer分布模型，对两类陶瓷/纤维复合靶板的防护性能进行分析。结果表明：弹芯撞击陶瓷面板时发生的断裂主要由其内部的拉剪应力造成；当背板为碳纤维时，弹芯碎片的平均特征尺寸比背板为Kevlar纤维时小21.68%，陶瓷碎片的平均特征尺寸减小约9.48%，即弹芯和陶瓷的小尺寸碎片占比更大，同时，复合靶板的整体抗弹性能更优。

深部煤矿爆破是初始地应力场与爆炸荷载共同作用的结果，采用单向动-静组合加载试验平台和动态焦散线试验系统，在有机玻璃板上施加与炮孔切槽平行或垂直的单向围压作用，探究了初始应力场强度对爆生裂纹的扩展规律。结果表明：炮孔切槽能够有效控制初始应力场的分布范围，促进能量集中释放，提高定向爆破效果，同时爆炸动载荷与围压静载荷分别在炮孔近区和远区占主导作用；水平初始应力场增强了切槽尖端应力集中程度，促进了主裂纹的扩展，且随着应力场增强，促进效果越明显，同时抑制了次裂纹的产生；竖直初始应力场降低了切槽尖端的应力集中程度，抑制了裂纹扩展，并使裂纹扩展模式由Ⅰ型转变为Ⅰ-Ⅱ复合型，且随着应力场的增强，剪切断裂越明显，且裂纹沿最大主应力方向扩展。

岸坡锤击管桩施工过程中，为保证岸坡的安全稳定性，准确评估桩锤的动力荷载作用对岸坡支护钢板桩结构的影响非常重要。针对华容煤炭某码头一期工程，采用动力有限元数值模拟方法建立双排悬挂钢板桩结构计算模型；结合现场振动测试验证，分析桩锤振动作用下双排钢板桩的动力响应特性，实现桩锤振动影响下双排钢板桩的安全性评价。结果表明：钢板桩的位移变形与锤击位点相对位置的关系不大，上、下排钢板桩的最大位移分别为2.51和3.14 cm；最大主应力与锤击位点相对位置的关系不大，上、下排钢板桩的最大主应力均小于20 MPa；Mises应力最大值出现在钢板桩与锤击点垂直连线处，上、下排钢板桩的最大Mises应力分别为20.85和25.40 MPa。双排钢板桩的位移变形与应力处于安全控制范围内。

金属薄壁管作为吸能结构被广泛应用于汽车等运载工具中，提高薄壁管的吸能特性对于提升运载工具的被动安全具有重要意义。为此，提出了结合多角和多胞结构的单波纹多胞管和双波纹多胞管，采用数值模拟方法研究了波纹幅值和波纹峰数对吸能性能的影响。研究发现，相比传统方形多胞管，波纹多胞管的能量吸收得到显著提高。双波纹多胞管比单波纹多胞管具有更加稳定的变形和更高的能量吸收。选取吸能最优的结构，研究了加强筋位置和节点强化对吸能性能的影响。结果表明：边对边连接的双波纹多胞管的吸能特性最好；在加强筋处进行节点强化可以进一步提高双波纹多胞管的能量吸收。相比传统方形多胞管，节点强化的双波纹多胞管的能量吸收增加了88.17%，压溃力效率提高了65.91%。节点强化的双波纹多胞管比传统多胞管具有更加优异的吸能特性，作为耐撞性结构具有广阔的应用前景。

为研究受限空间内燃气泄漏的情景并探究泄爆优化后的效果，基于FLACS软件构建了受限空间内重大燃气事故场景，模拟了燃气在受限空间内的泄漏扩散和爆炸，分析了泄爆口在受限空间内的泄爆效果。结果表明：燃气在管道封闭段泄漏时，云团沿着管外壁向外扩散形成内凹的不规则形状，障碍物使扩散速度加快；燃气泄漏产生的冲击波最大超压高达660.7 kPa，可使周边建筑物受到严重破坏，并且受限空间开口端一侧的建筑物破坏程度高于密闭端一侧建筑物；泄爆口安装在火焰发展轴向位置时泄爆效果最佳，空间内的最大爆炸压力可降至312.4 kPa，降幅达52.70%，若将泄爆口设置在受限空间侧面，离点火源位置越近，泄爆效果越佳；增大泄爆口的长宽比进而提高泄爆面积可使受限空间内的最大爆炸压力显著降低，长宽比为34∶1时，最大爆炸压力降至15.4 kPa，降幅达97.65%；降低泄爆口开启压力可有效降低受限空间内的最大爆炸压力，当泄爆开启压力降至50 kPa时，最大爆炸压力降低至351.0 kPa，降幅达46.87%。

为了得到确保露天矿山边坡安全稳定的最佳预裂爆破参数组合，采用数值模拟结合相似模型试验的方法，探讨了岩石双孔爆破下裂纹扩展规律，并进行了现场预裂爆破试验。结果表明：裂纹先由炮孔壁产生，且炮孔附近的原岩破坏程度较大；随着不耦合系数由1.33增大至3.00，孔壁所承受的冲击压力显著减小，粉碎区半径逐渐减小。采用极差分析法，研究了不同因素对试验指标的影响程度，根据评价指标确定试验因素的最优组合。模型试验结果表明：孔距与孔径之比为9、不耦合系数为3.00、起爆延期时间为12 ms、最大单响药量为5.4 g（三孔一响）的组合条件下，模型试件预裂成缝效果最佳。根据数值模拟及相似模型试验结果，结合理论计算，选取孔距为0.8 m（孔距与孔径之比约为9）、不耦合系数为3.00、延期时间为12 ms、最大单响药量为11.25 kg（三孔一响）的预裂爆破参数进行现场试验，取得了良好的预裂效果。研究结果可以为露天矿山现场预裂爆破参数的设计提供参考，对于实现精确控制爆破、确保露天矿山边坡安全稳定具有重要意义。

气泡帷幕削波技术的影响因素众多。为了得到气泡帷幕在实际工程应用中的最佳组合方案，利用AUTODYN软件设计3因素3水平正交试验，以冲击波峰值压力的平均削减率作为评价指标，研究了气泡帷幕层数、气泡帷幕爆心距和药包深度对气泡帷幕削波效果的影响和敏感性。结果表明：气泡帷幕的削波能力存在极大值，此后继续增加气泡帷幕层数反而会出现负效应；气泡帷幕层数对气泡帷幕削波效应的影响最大，药包深度次之，气泡帷幕爆心距的影响最小；气泡帷幕爆心距越小，药包深度越大，气泡帷幕的削波效果越好；气泡帷幕层数为2层，气泡帷幕爆心距为1 m，药包深度为10.5 m时，削波效果最好。

为推进岩体可爆性分级后的进一步工程实际应用，利用回归分析方法分析可爆性指标的相关性，最终确定以岩体的抗拉强度、密度、脆性指数、完整性系数4个基本不相关的参数作为评级指标；通过正交试验设计确定各评级指标的敏感性，并确定其权重；运用模糊决策理论对岩体进行可爆性评级，采用评级指标结合岩体基本质量指数，推出地下采矿浅孔爆破的炸药单耗预测公式，进一步推导出可爆性等级对应的炸药单耗预测区间。结果表明：模糊决策方法为岩体可爆性评级提供了一种新思路，同时也证明了权重分配与评级指标选取的正确性。现场爆破试验证明了炸药单耗预测区间的合理性，研究结果可为生产爆破和类似工程实践提供一定的指导。