氮化硅（Si₃N₄）陶瓷因其独特的物理和化学特性，被认为是一种兼具高可靠性与经济性的新型结构陶瓷。然而，Si₃N₄具有强共价键，导致传统烧结难以使其致密化。为此，将高温高压烧结技术与MgO-Y₂O₃双元烧结助剂（Si₃N₄、MgO、Y₂O₃的质量比为94∶3∶3）相结合，实现了高温高压与液相协同烧结。通过设计双层对比实验组装，确保烧结温度相同，进而系统研究了双元烧结助剂对高压下Si₃N₄的烧结过程、相变行为、微观形貌和力学性能的影响。结果表明：MgO-Y₂O₃在烧结过程中形成液相，加速了α-Si₃N₄→β-Si₃N₄的转变，使Si₃N₄相变的起始温度从1800 ℃降低至1650 ℃；同时，高压促进晶粒重排与烧结，成功制备出高致密的Si₃N₄陶瓷，其中，最优样品的维氏硬度达(24.5±1.9) GPa。研究工作为优化Si₃N₄陶瓷烧结工艺提供了新的有效策略。

极端高压环境下纳米金属材料的力学响应特性研究具有重要的科学意义和工程价值。采用金刚石压砧结合同步辐射X射线衍射技术，研究了平均晶粒尺寸约为10 nm的金属钯（Pd）在静高压下的力学行为。在0～111 GPa压力范围内，钯金属的相结构稳定。通过分析不同压力下X射线衍射谱的峰位和半高宽等，得到了纳米金属钯在高压下的晶胞体积、晶粒尺寸和微应变等信息。通过拟合三阶Birch-Murnaghan方程，得到了纳米钯金属在静水压和非静水压下的体弹模量分别为288和290 GPa，屈服强度约为20 GPa。结合已有报道，探讨了尺寸效应对金属材料体弹模量等力学行为的影响规律。随着晶粒尺寸的减小，钯金属的屈服强度逐渐增大，较钯纳米纤维材料提高了约300%。实验结果可为纳米金属钯在极端条件下的结构设计与应用提供数据参考。

碳化钨-钴（WC-Co）硬质合金作为一种重要的粉末冶金制品，被广泛应用于众多工业领域。传统烧结方法存在烧结温度高、时间长、晶粒粗化等问题，难以满足高强度细晶硬质合金的制备需求。采用高温高压法，对亚微米WC-5Co（钴的质量分数为5%）硬质合金进行了烧结行为研究。实验结果表明，在5.0 GPa、1 250 ℃的制备条件下，烧结体的致密度可达99.4%，维氏硬度为(24.0±0.3) GPa，明显优于放电等离子体烧结法和真空烧结法所制备的同组分硬质合金。与相同初始粉料的商用硬质合金相比，高温高压条件下烧结样品中WC的平均晶粒尺寸减小了约36%，维氏硬度提升了约10%。相较于传统烧结方法，高温高压烧结法有效降低了烧结温度，缩短了烧结时间，提升了烧结效率。此外，高压能够有效抑制固相烧结阶段WC晶粒的异常生长，在液相烧结过程中（1 450 ℃），随着烧结压力的升高，WC晶粒有明显的细化现象，当烧结压力从3.0 GPa提升至5.0 GPa时，样品的维氏硬度提升了约7%。

一氧化碳（CO）是典型的低原子序数（Z）体系，能够在高压下通过聚合反应形成聚一氧化碳（p-CO），其高压聚合机理与结构对于理解压力诱导成键机制和探索新型功能材料具有重要价值，但是相关研究受到CO聚合压力偏高和产物p-CO在常压下具有亚稳态特性两方面阻碍。目前，人们发现氢气（H₂）掺杂有助于CO聚合，但是对相应的聚合机理和产物结构缺乏认知，为此，利用分子动力学方法研究了H₂掺杂对CO高压聚合机理的影响规律。结果表明，摩尔分数为10%的H₂掺杂具有降低CO聚合压力的最优效果。当压力为3～4 GPa时，H₂通过物理作用促进了CO的二聚化；当压力提高到5 GPa时，H₂由于化学惰性阻碍了体系的进一步聚合；当压力提高到10 GPa时，H₂能够参与聚合反应，产生C―H键和O―H键。最终，聚合反应会形成一个无序、以C―C键和C＝O键为主的三维网状结构p-CO/H。

为研究高温-冲击双循环累积损伤对花岗岩动态力学特性的影响，以高径比为0.8的花岗岩试样为研究对象，测得100、300和500 ℃高温下分别循环2、4和6次前后的纵波波速，利用分离式霍普金森压杆试验装置进行冲击气压为0.25、0.30和0.35 MPa的等幅循环冲击试验，研究温度、高温循环次数、冲击气压和冲击次数对花岗岩试样动力学特征的影响，同时基于Lemaitre连续损伤本构模型和应变等价原理定义循环高温和循环冲击累积损伤因子，分析高温-冲击双循环临界累积损伤因子。结果表明：随着初始高温累积损伤和冲击气压的增加，花岗岩试样第一次冲击的裂纹形态由单一裂纹向复杂裂纹演化，贯通度增加，峰值应力依次减小，峰值应变依次增大；花岗岩试样循环冲击中，第一次冲击和最后一次冲击的峰值应力与峰值应变变化显著；对循环高温处理后花岗岩试样的循环动态冲击累积损伤的影响由大到小依次为冲击气压、温度、高温循环次数，得出临界高温-冲击累积损伤因子在0.625～0.676之间，可为深部资源地下开采安全评估提供理论支撑。

为研究冲击荷载作用下早龄期混凝土-泥岩组合体的动态力学特性，采用分离式霍普金森压杆装置，结合高速摄影机，对养护龄期为1、3、7 d的组合体试件进行了冲击试验，基于数字图像相关（digital image correlation，DIC）技术分析了试件的位移场和应变场的演化规律，系统揭示了组合体的动态损伤破坏特征。试验结果表明：随着应变率增大，不同龄期组合体试件呈现显著的应变率相关性，其动态强度增长规律符合对数函数模型；耗能密度随入射能线性增长；1、3、7 d龄期组合体表面的最大位移分别为1.564、1.196、0.924 mm，最大应变分别为1.886%、1.352%、1.184%。研究结果揭示了早龄期混凝土-泥岩组合体在冲击荷载作用下的动态力学性能及损伤破坏机制，为隧道爆破施工中围岩-初期支护结构的损伤防控提供了理论依据。

遮弹层作为现代军事防御体系的关键组成部分，可为后方重要目标提供防护。块石作为遮弹层的常用堆筑材料，其遮弹机理及性能优化研究具有重要意义。采用离散元球体单元和黏结破碎模型，模拟了块石在弹体冲击载荷下的破碎现象，并对刚性弹正侵彻密实堆积的块石结构进行了数值模拟，探讨了块石粒径、形状及空间排布特性对其抗侵彻性能的影响。结果表明：在侵彻过程中，块石通过碰撞和滑移耗散了90%以上的弹体动能；块石破碎数量与块石粒径呈负相关，与块石长短轴比呈正相关；采用单粒径块石多层位错排布时，弹体侵彻深度主要取决于侵彻阻力峰值，粒径为120 mm的圆形块石工况的侵彻阻力最大且侵彻深度最小；采用块石粒径沿迎弹面方向梯度递减的分层排布时，不能有效提高结构体的遮弹效果。研究结果可为理解块石遮弹机理提供参考。

针对电子雷管发火电容受冲击后出现掉电可能导致其因发火能量不足而无法可靠起爆这一工程实际问题，通过高速纹影测试系统，研究了不同发火电压下金属桥膜型及桥丝型引火药头的发火时间，明确输入引火药头的初始能量对其热分解阶段、火焰增长期、火焰持续期时间的影响，得到了2种引火药头发火总时间与发火电压、发火能量的关系。结果表明：13～21 V区间内，引火药头的发火总时间随电压的变化率呈先减小后增大的趋势；随着发火电压的增大，金属桥膜型引火药头的热分解期、火焰增长期、火焰持续期的时间降幅分别为66.2%、76.6%、15.0%，桥丝型引火药头在3个阶段的时间降幅分别为28.0%、39.2%、30.0%，且金属桥膜型引火药头各阶段的发火时间较桥丝型短；当发火电容剩余能量处于1.9～4.9 mJ时，金属桥膜型和桥丝型引火药头的发火一致性及发火精度受到影响；当剩余能量小于1.9 mJ时，金属桥膜型引火药头因发火能量不足导致瞎火。研究结果将为电子雷管发火裕度设计提供依据，有助于降低小孔距爆破中电子雷管的拒爆率。

为研究环向应力对应变型岩爆灾变过程中能量演化的影响，采用新型真三轴岩爆试验系统，开展不同环向应力作用下单面快速卸荷、三向五面受力和竖向持续加载岩爆模拟试验，分析了花岗岩试样在不同环向应力下的岩爆破坏形态，结合能量守恒原理，揭示了试样岩爆灾变过程中各能量的演化规律。结果表明：不同环向应力作用下，耗散能与弹性应变能存在明显的能量竞争演化机制；环向应力会显著影响岩样的破坏程度和分布范围，环向应力为178.992 MPa的岩样卸荷面所形成的破坏程度最深；在高环向应力作用下，岩样内的弹性应变能在峰值点后释放速度加快，岩爆发展具有短时特征；耗散能转化率与环向应力成正比，弹性应变能转化率与环向应力成反比，而从能量的绝对值来看，环向应力的增大会显著提升弹性应变能的累积和耗散能的释放；岩样的总能量转化率最高，弹性能转化率次之，耗散能转化率最低，且三者与环向应力均呈正相关，环向应力的增大会明显加快总能量、弹性应变能及耗散能的转化速率。

在露天爆破中，最小抵抗线决定了爆破能量释放的主导方向和岩石运动速度的方向，是控制爆破作用范围、岩石破碎效果及抛掷路径的核心因素。基于DEM-PBM（discrete element method-population balance model）耦合的爆破漏斗数值模拟方法，通过多尺度建模与试验数据协同分析，结合现场爆破漏斗试验，对不同最小抵抗线下爆破漏斗破岩规律进行了研究，以优化爆破参数，提高爆破效率和安全性。数值模拟结果表明：当抵抗线长度为1.05 m时，20 ms时的爆破扩腔面积比5 ms时增长70.33%；当抵抗线长度为1.85 m时，爆破扩腔面积增长11.42%。对比不同抵抗线下破碎块度的抛掷作用效果，当抵抗线长度为1.05 m时，抛掷效果最佳。现场爆破漏斗试验结果显示：当抵抗线长度增大时，爆破漏斗体积变小；当抵抗线长度为1.05 m时，爆破漏斗体积最大，与数值模拟得到的爆破扩腔规律相似。现场爆破块度尺寸分形规律分析结果表明，当抵抗线长度为1.05 m、炮孔深度为1.2 m时，抛掷岩石块体较多，块度分布适中，破碎块体抛掷作用效果最佳。研究结果可为现场钻爆参数优化提供一定参考。

采用理论分析和模型试验研究双孔爆破介质的损伤破坏特征，基于双孔爆破模型的弹性力学平面应变问题解析，建立了双孔爆破动态应力场演化的理论模型。通过模型试验研究了不同炮孔间距下双孔爆破的损伤特征，通过分区和分形维数定量表征了炮孔周围不同区域的损伤特征。结果表明：随着炮孔间距的增大，应力波叠加作用降低，压碎区半径增大，裂纹数先减少后增多，主裂纹的平均长度逐渐增大；炮孔连线方向的损伤逐渐减小，垂直于炮孔连线方向的损伤逐渐增大；小孔距有利于裂纹孔间贯穿和沿炮孔连线方向扩展；试件左部和右部区域的损伤变量逐渐增大，中部区域的损伤变量在炮孔间距为50 mm时出现最小值；区域Ⅰ和区域Ⅱ的损伤变量先减小后增大，区域Ⅲ的损伤变量逐渐减小；在极坐标系下，区域Ⅰ的损伤均匀分布，区域Ⅱ的损伤由椭圆形分布逐渐向圆形分布转变。根据损伤区域分形维数与损伤变量的关系，构建了聚甲基丙烯酸甲酯材料双孔爆破分形损伤模型。