地球上的矿产资源是有限的，而木材则可以再生。用改性木材代替储量有限的工业材料是人类长期追求的目标。采用大腔体六面顶压机对轻木、椴木和东非黑紫檀3种木材试样进行室温高压处理，分析了高压处理对其气干密度、抗压强度、弹性模量等性能的影响，并通过CT和扫描电子显微镜观察其内部微观结构变化。结果表明，3种木材的物理力学性能均有所提升。轻木、椴木和东非黑紫檀经5.50 GPa高压处理后，其密度分别提升239%、112%和11%，表面硬度分别提升79%、46%和15%，抗压强度分别提升33%、9%和28%。东非黑紫檀压密材的比强度（101.55 kJ/kg）接近铝合金（109.23 kJ/kg）；东非黑紫檀具有比陶瓷材料轻质、比铝合金绝缘和隔热的特点；高比强度东非黑紫檀有潜力取代铝合金，有望在很多特殊环境中获得应用，为未来工业的可持续发展提供支持。研究结果为木材高值化应用提供了新思路。

多层夹芯复合结构在抗冲击防护领域具有重要应用，尤其在应对爆炸破片颗粒群冲击中展现出优越的防护性能。在分析单层材料抗冲击性能及失效机制的基础上，综述了单颗粒和多颗粒冲击下复合结构的动态力学响应特性研究进展，结果表明：金属材料主要出现塑性变形、裂纹扩展及局部热软化等特征；陶瓷依靠其高硬度和脆性破坏可迅速分散冲击能量；纤维增强复合材料则利用连续纤维网络实现多级能量耗散。针对多层夹芯复合结构，颗粒高速冲击靶板会出现局部应力波传播、微裂纹产生和界面分层等现象，结构的抗冲击机理复杂。当前研究主要聚焦于结构在单次冲击下的抗冲击性能，多颗粒冲击下的防护机理仍不明确，且研究手段相对单一。其中，实验研究方法主要采用改装分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）等装置实现颗粒群的高速加载，但二次冲击和速度极限问题仍未得到有效解决。数值模拟方面，SPH-FEM（smoothed particle hydrodynamics-finite element method）耦合方法是目前颗粒群冲击研究的主流方法，但其模型准确性问题仍需进一步研究。

针对冲击爆轰实验中对速度测量系统的高可靠性要求，基于光纤波分复用/解复用技术，提出了一种双波长全光纤激光干涉速度复测方法及技术。设计并搭建了一套速度复测原理验证系统，采用1530.3和1550.0 nm 2个波长，在气体炮上开展了低速、高速2种典型状态下的动态验证实验。实验结果显示，利用单一光纤探头实现了样品自由面运动速度的复测，2个波长系统得到的速度测量结果具有较好的一致性，速度相对偏差在±1.5%以内。

铝合金具有优异的力学性能，被广泛应用于航空航天、船舶及高新领域，其服役时常需承受动态冲击载荷，研究其在动态加载下的力学响应具有重要的理论和工程意义。以6061铝合金为研究对象，通过系统的实验测试和数值模拟深入研究其静、动态力学性能及弹道响应特性。实验结果表明，在0.001～3 800 s⁻¹应变率范围内，6061铝合金表现出显著的应变率强化效应，流动应力随应变率的提高而显著增大，增幅达18.5%，但其应变硬化行为在不同应变率下保持相对稳定。基于最小二乘法标定的Johnson-Cook本构模型参数能够准确描述材料在不同应变率下的力学响应。弹道实验研究表明，球形弹丸侵彻6061铝合金靶板的弹道极限为282.6 m/s，且残余速度与入射速度在超弹道极限条件下呈良好的线性关系。靶板失效形貌分析揭示了其破坏模式与冲击速度的关系：低速冲击下主要表现为复合应力主导的整体变形，而高速侵彻时则以局部剪切破坏为主。建立有限元模型复现实验观测的弹道响应和破坏模式，验证了拟合的本构模型参数和数值方法的可靠性。采用经过实验验证的有限元模型，对不同直径球形弹丸侵彻6061铝合金靶板的弹道响应进行研究，在弹丸直径为10、8、6 mm时，靶板的弹道极限速度分别为283、392、443 m/s。因此，当靶板厚度不变时，弹丸质量越小，靶板的弹道极限速度越高。研究结果为6061铝合金在冲击载荷条件下的工程应用提供了重要的理论依据和实验数据支撑。

为探究冲击作用下含瓦斯煤的损伤演化规律，利用含瓦斯煤分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）试验系统，对瓦斯压力分别为0、0.5、1.0、1.5和2.0 MPa的煤体进行动态压缩试验，基于能量理论分析了冲击作用下含瓦斯煤的变形破坏过程，探讨了瓦斯压力对煤体能量参数的影响规律，借助SMP强度准则和Weibull分布函数，结合耗能指标，建立了考虑瓦斯-冲击耦合的含瓦斯煤的动态损伤本构模型。研究表明：冲击压缩过程中，含瓦斯煤的能量时程曲线可分为缓速增长阶段、加速增长阶段和稳定阶段；随着瓦斯压力的增大，煤体的反射能呈线性增加趋势，而透射能和耗散能则呈线性降低趋势；瓦斯-冲击耦合损伤本构模型曲线与试验曲线具有较好的一致性，可以准确地描述冲击作用下含瓦斯煤的全应力-应变过程和损伤演化规律。

为探究单轴压缩下缺陷砂岩的能量演化和力学行为，通过离散元法数值模拟，分析了不同岩桥倾角和岩桥距离对缺陷砂岩的影响，结合能量耗散建立了损伤本构方程。结果表明：岩桥倾角和岩桥距离显著影响缺陷砂岩的力学响应和破坏机制，大倾角（60°、90°）促进裂纹沿最大主应力方向扩展，而小倾角（0°、30°）增加剪切裂纹比例，导致不同的破坏形态；弹性模量和抗压强度随岩桥倾角和岩桥距离的变化呈“U”形非线性特征。能量演化规律对岩桥倾角具有依赖性，总能量和耗散能量随岩桥倾角的增加先降低后升高，并在90°时达到最大。岩桥距离对能量的影响随岩桥倾角的变化而变化，当岩桥倾角小于45°时，能量随岩桥距离的增加而减少，当岩桥倾角大于45°时，能量随岩桥距离的增加先增加后减少。弹性能耗比的三阶段特征可作为缺陷砂岩失稳的预测指标。基于耗散能理论构建的能量耗散损伤本构模型能够准确地描述不同岩桥参数下缺陷砂岩的变形和破坏行为。该模型在实际工程中具有重要的应用潜力，但需要针对具体应力条件进行调整以优化预测准确性。研究结果可为岩土工程的灾害防治提供理论参考。

为有效缓解冲击地压对液压支架的破坏作用，基于单层变径式吸能构件研究基础，提出了一种具有更高吸能量的双层变径式吸能构件。基于能量法剖析了不同截面管件扩径与缩径变形的能量耗散理论，推导了波纹管与圆管不同组合形式下构件稳定变径过程的承载力计算公式；通过数值模拟得到了8种不同类型吸能构件的吸能量曲线、承载力曲线及变形规律，对比发现，内层波纹管、外层圆管的双层变径式吸能构件结构（SBY类型）具备较优的吸能性能；探究了不同结构参数对吸能效果的影响规律，其中，内管壁厚、外管壁厚、波纹半径和底座内倒角4种结构参数对吸能特性参数影响显著。根据拉丁超立方取样方法设计试验方案，利用Kriging代理模型，结合多目标粒子群优化算法对结构参数进行优化，最终选择优化后的结构参数组合为内管壁厚6.0 mm、外管壁厚2.9 mm、波纹半径6.9 mm、底座内倒角40°。据此，制作了吸能构件并进行了轴向准静态加压实验，验证了数值模拟分析及优化结果的准确性和有效性。结果表明：经参数优化后的双层变径式吸能构件的总吸能提高了54.2%，比吸能提高了55.6%，平均承载力提高了43.2%，载荷标准差提高了59.5%。所设计的构件具有更好的吸能性能，让位防冲过程更加可靠。本研究可为深部巷道支护液压支架的吸能构件设计提供理论依据和参考。

为探究隔板在小口径聚能装药中的作用，开展了隔板参数与中心通孔药型罩匹配对爆轰产物泄露以及射流侵彻性能的影响规律研究。基于爆轰波正规斜反射理论，推导了药型罩表面不同位置处爆轰波初始入射角和所受压力与隔板参数之间的定量关系式。采用LS-DYNA系统分析了隔板直径和隔板高度对射流成型及侵彻性能的影响。结果表明：在通孔药型罩中添加隔板能有效提高药型罩上的压垮压力，抑制爆轰产物泄漏，提高能量利用率和射流侵彻性能；射流的侵彻能力随隔板直径增大呈先增后减的变化趋势；隔板高度对射流性能的影响呈多极值响应；当隔板直径为6 mm、隔板高度为4 mm时，射流对45钢靶的侵彻深度达到较大值（158.17 mm），较无隔板结构提升了17.21%。研究结果可为小口径聚能战斗部设计提供参考。

针对弧形拐弯坑道内冲击波衰减规律不清的问题，研究了半径和拐弯角度对弧形坑道中冲击波传播的影响，发现半径和拐弯角度对消波效率的影响有限，且弧形坑道与同角度直接拐弯坑道的消波效率相近，基本均小于7.2%。为提高拐弯坑道对冲击波的衰减效率，提出了以弧形坑道为基础设置扩散室构建弧形扩散坑道的防护新思想，并探讨了扩散比、扩散形式（外侧扩散、内侧扩散和两侧扩散）和冲击波特征参数对弧形扩散坑道消波效率的影响规律。计算结果表明，弧形扩散坑道可大幅提高冲击波的衰减效率，衰减率最高可达55.9%。外侧扩散型弧形坑道的消波效率最高，内侧扩散型和两侧扩散型的消波效率次之，且消波效率随扩散比的提升而不断升高。随着冲击波压力峰值的增大，弧形扩散坑道的消波效率有所提高，可以达到64.4%；继续提升压力峰值时，弧形扩散坑道的消波效率略有下降但基本保持不变；弧形扩散坑道的消波效率随冲击波正压时间的增长而降低，在正压持续时间为100 ms时，消波效率降至25.4%，但随着正压时间的进一步增长，弧形扩散坑道的消波效率几乎保持不变。

针对隧道掘进中遇到的凝灰质砂岩地层非均质性问题，提出了一种基于动力冲击的聚能切缝破岩新技术。采用自主研发的岩土体动态冲击力学试验系统，在尺寸为$\varnothing $100 mm×50 mm的圆柱形凝灰质砂岩试样一端粘贴厚度为10 mm的聚氨酯垫片，在垫片上沿径向分别开设直径为3、6、9 mm的孔洞，共嵌入6根对应直径的相同聚能钉。设置了冲击气压为0.35～0.65 MPa的7组试验，考察了不同冲击能量和钉径对定向切缝破岩效果的影响。结果表明：随着冲击气压增加，试样的峰值应力和能量吸收显著增大，而裂缝贯通程度增强，破裂模式由沿晶破坏为主向穿晶破坏为主转变。3 mm聚能钉易因局部压溃而无法形成有效贯通切缝；9 mm聚能钉在高气压下促使岩石产生块状或粉碎破裂；6 mm聚能钉在多种气压下均表现出稳定连续的定向切缝特征，形成较多穿晶裂纹，展现出优异的能量利用效率。扫描电镜分析结果验证了冲击应变率效应：低应变率（低冲击力）下裂纹多沿晶界扩展，高应变率下裂纹趋于穿晶扩展。该技术充分利用了冲击动力学中压缩-反射-张应力闭合链的破裂机制，实现了无炸药、无液体介质的可控定向破岩。合理匹配冲击参数和聚能钉直径，可在深埋隧道非均质岩层中高效诱导裂缝沿预定方向扩展，为复杂地质条件下隧道掘进中的超欠挖控制提供新思路和参考。