采用一级轻气炮加载技术，对亚稳态Si₄V₅Mn₅Cr₁₀Co₃₀Fe₄₆高熵合金进行平板冲击实验，研究了不同冲击速度与脉冲持续时间下合金的相变与动态损伤行为，揭示其层裂响应和孔洞演化规律。结果表明：在脉冲时间相同的条件下，随着冲击速度由282 m/s升高至553 m/s，自由面峰值响应和峰值应力明显升高，而层裂强度的整体变化较小；内部孔洞由分散形核向局部聚集演化，孔洞附近相变与应变局域化增强。在冲击速度相同的条件下，随着试样厚度由1.0 mm增至2.0 mm，脉冲持续时间由0.075 μs延长至0.250 μs，层裂强度由1.40 GPa提高至1.83 GPa，孔洞空间分布由分散转向中部集中。显微X射线计算机断层扫描结果表明，冲击速度升高促进孔洞向大体积、集中化和复杂形貌演化，而脉冲持续时间增加有利于损伤累积和局域贯通。研究表明，冲击速度主要控制瞬态损伤驱动力，脉冲持续时间主要调控损伤累积与局域化程度。

高熵碳化物（high-entropy carbide, HEC）因其显著的化学无序与晶格畸变，展现出优异的强-韧协同特性，有望成为冲击防护与高温结构应用领域的前沿材料。然而，在高压、高应变率等极端服役条件下，其微结构演化与动态力学响应仍缺乏系统认识。为此，基于高精度机器学习势，以 (Zr_0.2Hf_0.2Ti_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C为研究对象，开展了沿 [001]、$ [01\overline{1}] $和[111] 3个典型晶向的准等熵压缩以及斜波加载分子动力学模拟。从晶向与加载路径角度，系统地揭示了多重“高熵”效应如何影响高熵碳化物在原子尺度下的塑性变形机制。研究发现，引入多主元金属的高熵碳化物显著改善了陶瓷材料的塑性激活方式、滑移系竞争关系及局域变形模式。局域应力扰动与晶格畸变不仅强化了金属子晶格Bain型瞬态堆垛重排，提高了材料的承载能力和延展性，还促进了多滑移系协同激活，使剪切带由单向延伸转变为多向、网络化扩展。第一性原理计算结果表明，高熵碳化物中的碳空位形成能较单组分过渡金属碳化物显著降低，因此，在压缩过程中，碳原子更易先发生大位移，形成碳空位并参与剪切带成核。

采用分子动力学方法，研究了含氦泡铜在两次稳态波加卸载作用下的微射流增长与损伤演化过程，对比了含氦泡与不含氦泡金属的损伤特征、激活应力阈值、微射流形态和速度分布以及不同区域氦泡的变形特征。结果表明：二次冲击后，氦泡膨胀的临界激活应力阈值低于孔洞形核的应力阈值，且与氦泡分布及氦泡数密度密切相关。低压首次冲击下，含氦泡金属比纯金属形成更显著的微射流；二次冲击下，氦泡使微射流更易断裂，且微射流头部最大速度更高，但微射流主体速度分布相当。二次冲击波对于已经经过首次冲击压缩、由于稀疏波作用发生轻微回弹但未恢复至初始状态的体氦泡几乎不起作用。二次冲击后，近表面已破裂飞出的氦泡壁也可能贴回气泡底部，使得部分氦原子被再次封存。二次冲击卸载后，被封存的氦泡会再次发生膨胀破裂，释放氦原子。在二次冲击作用下，氦泡塌缩机制与氦泡尺寸及冲击强度紧密关联。研究结果将为后续的辐照氦泡对金属微喷-微层裂耦合演化影响的跨尺度理论研究提供物理认识和理论依据。

晶粒度效应是影响金属材料动态力学性能的重要因素之一。以相变金属铁为研究对象，构建了拓扑结构与取向分布相同的不同纳米晶粒度的铁模型，旨在考察特定晶粒分布状态下的尺寸效应。分子动力学模拟结果表明，不同晶粒度模型在高应变率单轴压缩下均经历了弹性变形、α→ε相变和高压相塑性变形等阶段。在弹性变形阶段，晶界起到了一定的软化层作用，导致细晶模型的应力低于粗晶模型的应力；结构相变发生后，晶界对新相的塑性发展起到阻碍作用，使细晶模型应力高于粗晶模型应力。相变发生时，小晶粒的相变阈值更低，相变后的新相形成层错结构，而在较大晶粒中出现孪晶结构。随着应变增加，在大晶粒中观察到孪晶的消失及层错的重构过程。在高应变率拉伸下，大晶粒中晶界的剪切应变高度局域化，易形成连续剪切带，并优先成为裂纹拓展通道；晶粒细化后，晶界剪切逐渐转变为弥散化模式，有效裂纹拓展路径受到晶界网络的约束。晶界作用的转变导致损伤断裂强度随晶粒尺寸变化呈现出非单调的变化规律。

通过融合随机理论与延性金属层裂相场模型，设置初始屈服强度服从4种随机分布以表征材料缺陷的随机分布，再利用显式动力学求解，实现了层裂损伤从渐进演化到失稳贯通过程的模拟。通过平板撞击实验和三角波加载实验对模拟结果进行验证，揭示了材料屈服强度不均匀性与层裂强度及损伤数量面积的关系。结果表明：不论是延性金属材料的单层层裂还是多层层裂，其初始屈服强度标准差与层裂强度均呈负相关关系；对于单层层裂，无论初始屈服强度采用何种分布，其层裂强度均服从正态分布。对于多层层裂，初始成核时损伤区数量随着初始屈服强度标准差的增大而线性增大，损伤区大小均服从Weibull分布；而在同一初始随机分布下，损伤区数量随时间演化呈初始缓慢增长-随后加速直至饱和-饱和后再下降的趋势，对应了层裂损伤演化成核贯通的典型过程。

通过平板冲击实验和微观表征技术，系统探究了温度对Invar36合金层裂行为的影响。利用一级轻气炮加载平台结合高温加热装置，测量了20～300 ℃温度范围内不同偏析方向样品的自由表面速度剖面及层裂强度变化规律。结果表明，Invar36合金的层裂强度随温度升高呈线性下降，高温显著弱化了其动态抗拉性能。微观损伤分析显示，室温下孔洞沿元素偏析带成核并扩展，而高温时损伤集中在晶界处，高温削弱了偏析的约束作用，且热激活位错运动促进了材料软化。研究结果揭示了温度对层裂强度和损伤机制的核心作用，为高温冲击环境下Invar36合金的抗失效设计提供了理论支撑。

CuCrZr合金作为电磁轨道炮导轨的候选材料之一，获取其在电-磁-热-力多场耦合加载下的力学响应对于CuCrZr合金的工程应用具有重要意义。提出了一种外磁场辅助的电磁膨胀环实验技术，在不显著提升金属样品环中感应电流和焦耳热温升的情况下，稳定实现了10⁴ s⁻¹以上的高应变率加载。基于该技术，开展了电-磁-热-力耦合加载下CuCrZr合金的动态拉伸性能研究，获得了高电流密度、高应变率、高温升率、强磁场环境下CuCrZr合金的应力-应变曲线和断裂应变，研究成果可为CuCrZr合金在多物理场耦合工况下的应用提供重要参考。

现代装甲防护技术的持续发展对聚能战斗部的毁伤威力提出了更严峻的挑战。传统药型罩材料因其综合性能局限，已成为提升侵彻深度的主要制约因素。高熵合金因具有独特的多主元设计，展现出高强度、高硬度、优异的动态断裂韧性等核心潜力，被视为极具前景的新型药型罩候选材料。在此背景下，通过激光熔化技术制备了CoCrFeMnNi高熵合金，并对其开展了静、动态力学性能测试与研究，确定了CoCrFeMnNi高熵合金的Johnson-Cook（J-C）动态本构模型及其参数。利用LS-DYNA建立了紫铜和高熵合金2种材料的聚能射流形成模型，并对紫铜和高熵合金聚能射流的形成过程和侵彻靶板过程进行了数值模拟。结果表明，相较于紫铜，高熵合金药型罩能够形成更稳定、连续的射流，独特的成型与拉断机理使其获得更深的侵彻深度，证实了高熵合金在提升毁伤效能方面的显著优势。

深空探测面临极端温度与复杂高速运行环境的挑战，对材料的低温抗冲击性能提出了更高要求。通过发展真空液氦环境下的低温霍普金森杆冲击实验装置，实现了材料在超低温条件下的动态加载，研究了2种轧制工艺的301不锈钢在低温（30～298 K）与高应变率（4 000～5 000 s^–1）耦合作用下的动态力学响应。研究结果表明：2种材料的屈服强度均表现出显著的温度负相关和应变率正相关特性，单向轧制样品在77 K环境下呈现出反常的韧性增强现象；单向轧制工艺诱导产生较高含量的马氏体相，从而赋予材料更高的强度。微观结构表征结果指出，宏观力学行为的异常源于变形机制的竞争，常温条件下试样主要呈现以韧窝为主导的韧性断裂机制，而低温条件下则转变为以准解理断裂为主导的脆性断裂模式。在此基础上，采用Johnson-Cook本构模型对其力学性能进行拟合，结果具有较好的一致性。本研究为极端低温冲击环境下金属材料的动态强韧化设计提供了重要的实验方法和理论支撑。

空间碎片是当今空间环境保护领域最紧迫的问题。目前的航天器防护结构多数为Whipple结构，主体缓冲屏多采用铝合金材料。采用AUTODYN软件的光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics，SPH）方法，模拟研究了球形弹丸超高速撞击高熵合金防护结构，分析了不同工况下碎片云数量、质量和动量等特性，探讨了撞击速度以及结构厚度与弹丸直径之比（t/D）对高熵合金防护结构超高速撞击特性的影响。结果表明，在相同的撞击条件下，高熵合金防护结构产生的碎片云特性显著区别于铝合金防护结构：碎片总量增加约 51.86%；小质量碎片数量增加约 79.56%，大质量碎片数量减少；沿撞击方向碎片云的最大动量低于铝合金结构的 75%（多种弹丸直径下均成立）。影响因素分析表明：碎片云膨胀程度主要受撞击速度控制，受t/D的影响较小，且撞击速度越大，膨胀越快；而危险碎片（大质量或高动能碎片）的质量和动能则主要受t/D影响，且t/D越高，影响越大。研究结果可为高熵合金在新一代航天器防护结构中的工程应用提供理论支持和参考。