阅读全文
PDF为研究碳纳米管掺量对混凝土梁损伤演化过程及裂纹扩展规律的影响，制备了质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%的碳纳米管混凝土三点弯曲梁试件。采用搭载声发射测试系统的YNS300电液伺服万能试验机开展三点弯曲试验，得到了声发射能量、振铃计数和幅值等声学信息，并基于声发射参数对裂纹类型、损伤演化过程进行分析。结果表明：碳纳米管混凝土三点弯曲梁破坏时产生的声发射能量明显高于素混凝土梁，但随着碳纳米管掺量的增加，其破坏时产生的声发射能量逐渐减小；碳纳米管的掺入可以提高混凝土三点弯曲梁的承载能力，但超过某一界限后，其承载能力随着碳纳米管掺量的增加而降低；碳纳米管的掺入使得混凝土三点弯曲梁第一次声发射幅值突变的时间提前，试样破坏前，振铃计数及累计振铃计数增长缓慢，近似直线，试样断裂瞬间，两者均急剧上升；声发射信号源隶属于拉伸裂纹，碳纳米管混凝土三点弯曲梁断裂属于Ⅰ型断裂，拉伸裂纹和剪切裂纹占比与碳纳米管掺量之间没有明显关系，但声发射平均频率、上升角度信号源数量与碳纳米管掺量之间具有显著的相关性。不同碳纳米管掺量下，混凝土三点弯曲梁试样的损伤演化规律基本保持一致，试验前期损伤曲线基本为水平直线，破坏阶段损伤变量首先处于快速增长阶段，而后呈陡增式增长。
桥丝式电点火头作为常用的点火元件，在有限空间内的发火特性是其传爆精确性和可靠性的体现。通过制备测试样品模拟桥丝式电点火头发火的有限空间，设计桥丝式电点火元件发火参数测试系统，测试了电点火元件发火过程的时间结构、有限空间内气体压力以及发火光强等参数；采用高速相机拍摄电点火元件发火的动态过程，建立了电点火元件有限空间内发火动态过程的物理模型。研究表明：随着点火电压的增大，桥丝的相变时间缩短，等离子体阶段的持续时间增加，随后趋于稳定，电点火头的发火时间在5.6 ms左右波动，发火压力时间及发火光强时间在3.0～5.0 ms范围内有界波动。点火电压达到20 V后，发火特性参数趋于稳定，能够可靠输出均匀的点火能量，用于点燃下一序列装药。在气室有限空间内，电点火元件发火动态过程可分为桥丝升温加热药剂、药剂发火、热流扩散和冲击波反射4个阶段。
爆压间接标定中的不确定度无法消除，不确定度量化能提高模型的可信度和预测能力。然而，爆压间接标定函数具有复杂非线性结构耦合多输入变量等特征，使得爆压不确定度传播研究遇到“维数灾难”等问题。活跃子空间是处理爆压不确定度量化的有效工具。首先，导出系统响应量（system response quantity, SRQ）的梯度协方差矩阵；然后，基于Monte Carlo方法，寻找活跃变量，即SRQ变化最快的方向；接着，将高维输入不确定度转化成一维空间处理，避免了“维数灾难”；最后，建立基于一维活跃变量的四阶多项式响应面模型。结果表明，活跃子空间方法成功刻画了输入不确定度对SRQ的影响，且试验结果落在代理模型预测值的置信区间内，确认了爆压模型的预测能力。研究还发现，爆压的离散程度较大，与孙承纬的结论吻合。此外，建立了一种新的爆压模型。该模型是仿射变换与多项式函数的复合运算，具有形式简洁、光滑性好、鲁棒能力强、运算速度快的特点，且系统输入量是随机变量而非固定值，多项式拟合系数不因输入不确定度的变化而改变。该研究方法具备体系性，可以推广到其他类型的炸药爆压预测。
为了研究球形预制钨破片在圆柱形装药驱动下的飞散规律，开展了预制破片战斗部飞散试验。针对传统梳状靶无法测量破片群速度分布的问题，设计并制作了一种全新的交叉梳状靶，成功测得了多个破片穿靶产生的脉冲信号和着靶位置。采用LS-DYNA模拟研究了圆柱形装药爆炸驱动球形破片的飞散特性。结果表明：数值模拟结果与试验结果吻合良好，交叉梳状测速靶能够较为准确地测量多个破片的飞散速度；增加装药长径比可以削弱装药两端稀疏波对破片速度的影响，但效果随长径比增加而逐渐减弱。
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了NaCl、KCl和KBr晶体在不同压力下相Ⅰ和相Ⅱ构型的几何、电子和力学性质，探讨了这些性质与相变点之间的关系，利用吉布斯自由能法对NaCl、KCl与KBr晶体的相变点进行判断。结果显示，对于NaCl的相Ⅰ结构，在0～30 GPa压力范围内，随着压力的升高，带隙不断增大；在30～50 GPa压力范围内，带隙随着压力的升高而下降，30 GPa正位于NaCl相Ⅰ结构的相变点。这表明根据电子结构判断金属卤化物在压力作用下的相变点具有一定的可行性。由高压下的晶体结构、声子谱以及力学稳定性无法对碱金属卤化物的相变点进行判断。通过吉布斯自由能法计算出了NaCl、KCl和KBr的相变点，分别为22.26、3.47和3.11 GPa。
采用不可压缩理论模型，对FP-2装置上开展的磁驱动固体套筒实验进行了模拟分析。模拟结果表明，无论是二维磁流体力学理论模型，还是其他不可压缩理论模型，回流罩结构磁驱动固体套筒的边界磁感应强度公式中都包含一个小于1的套筒电流系数。对不同套筒厚度、不同套筒半径条件下磁驱动固体套筒实验的电流系数进行了模拟，发现电流系数不仅与套筒内半径有关，还与套筒厚度有关；套筒内半径越大，套筒电流系数越小；套筒厚度越大，套筒电流系数越小。准确掌握磁驱动固体套筒电流系数的变化规律，可使磁流体程序从磁驱动固体套筒实验的后验模拟发展为精确预测，使磁流体力学模型真正具备正确设计和指导磁驱动固体套筒相关实验的理论能力。
为探究电子雷管内的电子控制模块在延期状态下受冲击载荷时的失效机制，采用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）对电子雷管试件进行了高过载加载测试，得到了整体电子控制模块和分离出钽电容的其余电子控制模块受不同加载压力时的失效情况。结果显示：钽电容在1.495×105
为进一步揭示不同层理倾角的软硬互层岩在单轴压缩下的声发射特性和裂纹扩展规律，采用类岩石材料制备了软硬互层类岩石试样，基于搭载DS-5型声发射监测系统的RMT-150B型岩石力学试验系统，开展了不同层理倾角（0°、30°、45°、60°和90°）的软硬互层类岩石试样的单轴压缩试验，分析了层理倾角对岩样声发射特性、损伤演化和裂纹扩展的影响。结果表明：试样的声发射活动呈现明显的阶段性特征，且不同层理倾角下其分布特征具有明显差异，声发射特征参数表现出明显的层面效应，声发射累计振铃计数和累计能量随着层理倾角的增大先减小后增大；低频-超高幅信号的突然出现或占比增加可作为软硬互层类岩石试样的破坏前兆，低角度（0°、30°）试样表现为大尺度裂纹稳步扩展破坏，中角度（45°、60°）试样为大尺度裂纹突发失稳扩展破坏，高角度（90°）试样为小尺度裂纹突发失稳扩展破坏，60°层理倾角为试样破坏的最不利角度；试样的损伤累积过程同样具有明显的阶段性特征，在峰值应力前，试样的损伤累积主要集中在高速率损伤阶段，中等角度（45°、60°）的层理面加快了试样的损伤累积过程；不同层理倾角对软硬互层类岩石试样的拉剪裂纹演化的影响差异明显，水平层理面促进了拉剪裂纹的产生，层理倾角的逐渐增大促进了类岩石试样拉剪裂纹的发育，在层理面与岩石基体共同作用下，随着层理倾角的逐渐增大，类岩石试样的剪切裂纹占比先增大后减小，且剪切裂纹数目处于较高水平。研究结果对地下工程围岩结构的稳定性评估具有一定的参考作用。
乙醇/甲烷/氢气（C2H5OH/CH4/H2）作为一种新型的替代燃料，研究其爆炸特性对于我国新能源的可持续发展具有重要意义。在不同的当量比（0.8～1.4）、初始压力（0.1、0.2和0.4 MPa）和初始温度（370、400和450 K）下，从实验和化学动力学角度分析了其对关键爆炸特性参数，如峰值爆炸压力、峰值爆炸压力上升速率、爆炸时间以及爆燃指数的影响。结果表明，爆炸特性参数在当量比为1.2～1.3之间时出现极值。峰值爆炸压力与初始压力呈线性正相关，而与初始温度呈线性负相关。增大初始压力，火焰锋面裂纹、胞化程度加深，峰值爆炸压力增大。此外，实验工况下评估的最大爆燃指数为20.83 MPa·m/s，表明预混燃料的燃烧处于相对安全水平。基元反应敏感性分析表明：爆燃反应与H和OH自由基密切相关，而R1、R8、R24、R96是影响爆炸反应强度最重要的4个基元反应。研究成果可为C2H5OH/CH4/H2三元混合燃料在实际燃烧装置中的应用、燃料安全性评估以及爆炸事故预防提供参考。
复杂结构在爆炸驱动作用下的展开是展开型定向战斗部定向过程中的关键问题，对展开过程进行有效控制，有利于战斗部的起爆延时控制和破片利用率提高。针对复杂结构体的展开问题，基于JWL状态方程和第二类拉格朗日方程，从能量守恒出发推导了考虑爆轰产物膨胀过程和对目标命中状态的爆炸驱动展开模型。将驱动展开模型计算结果与文献实验结果进行对比，验证了爆炸驱动展开模型计算结果的准确性。结果表明，基于该模型的理论计算结果与实验结果的一致性较好，能较为精确地预测不同装药量下结构的展开时间；将辅助装药1与辅助装药2的质量比控制在1.5～1.7，结构体展开可达最佳命中姿态，更有利于命中目标。研究成果可充实定向战斗部设计理论，为展开型定向战斗部的设计提供参考。
为探究单轴压缩下不同裂隙倾角对花岗岩-混凝土组合体试件的强度及能量演化的影响，结合室内试验标定的细观参数，采用二维离散元颗粒流程序（PFC2D）对组合体试件开展了数值模拟研究。结果表明：花岗岩-混凝土的强度和变形特征受裂隙倾角影响，其强度和变形参数随裂隙倾角的增大呈逐渐增大趋势；在单轴压缩过程中，试样内部能量转化为宏观裂纹扩展，最终的破坏模式主要以拉伸失效断裂和剪切失效断裂为主；组合体试件的总能量和耗散能随裂隙倾角的增大而增大，试件破坏时总应变能大于耗散能。基于耗散能的计算，构建了损伤本构方程，当损伤因子为0.8时，试件接近极限状态，此时的能量消耗较大，显著降低了组合体试件的强度。
G54钢是我国自主研制的一种新型超高强度钢，具有较高的潜在应用价值。为了研究该材料的动高压性能，为应用推广提供数据支撑，采用火炮作为加载手段，开展了G54钢的飞片对称碰撞实验。实验飞片速度为600～
碳纤维增强复合材料（carbon fiber-reinforced polymer，CFRP）具有优异的抗爆性能，逐渐被应用于舰船结构的抗爆抗冲击设计中。为了探究水下接触爆炸作用下金属/CFRP复合层合板的防护性能，基于任意拉格朗日-欧拉方法，建立了水下接触爆炸对金属/CFRP复合层合板毁伤的流固耦合数值模型，分析了层合板在承受水下爆炸载荷后的变形和吸能特点，比较了不同铺层方式对结构抗爆性能的影响，结果显示，钢/CFRP/钢结构的抗爆性能较优。针对钢/CFRP/钢结构，探究了CFRP的厚度对吸能效果的影响，并进行了厚度优化，得到了较优的厚度比，即1.1∶4.0∶1.1。
设计并组装了一套瞬间放电装置，实现了样品在DS 6×14 MN国产铰链式六面顶大腔体压机下的高压瞬间放电加热。结合大腔体静高压加载技术以及瞬间放电加热技术，利用熔体凝固过程中晶体经历形核和生长2个阶段的特征，判断晶体的熔化情况。对h-BN粉晶进行了高压环境下的瞬间放电加热处理，以研究高压下h-BN的熔化行为。采用扫描电子显微镜对高压条件下经历瞬间放电加热处理的样品进行微观形貌分析，判断h-BN晶体的熔化情况，确定了在3.4和4.3 GPa压力下h-BN的熔点分别为(
针对高速战斗部侵彻双层目标时装药的损伤问题，基于内聚力模型开展了PBX装药战斗部侵彻双层靶板的数值模拟研究。采用内聚力模型计算装药损伤的出现与演化，分析了侵彻速度与损伤发生的关系，通过损伤比对侵彻结束后PBX装药的损伤进行了量化，建立了PBX装药细观损伤仿真模型，研究了侵彻双层靶板过程中PBX装药细观损伤机制。结果表明：当弹体垂直侵彻双层靶板时，在压-拉反复作用下，装药尾部形成了垂直于加载方向的贯穿裂纹，且装药的损伤程度随着侵彻速度的增大而增大；在侵彻双层靶板过程中，PBX装药的主要损伤模式是界面脱粘，微裂纹最先出现在颗粒边角处，并且逐渐增多，最终界面微裂纹失稳扩展并汇聚为连续的主裂纹。
中、高熵合金因很好地兼顾了强度和韧性而备受关注，在多种极端工况下具有重要的应用前景。然而，在强冲击载荷等极端条件下，其动态力学行为和损伤失效机制仍不清楚。为此，研究了NbTiZr中熵合金在平板冲击载荷下的层裂损伤，探讨了冲击应力和加载脉宽的影响。通过波剖面分析，获得了冲击应力、加载脉宽和层裂强度信息。研究表明，NbTiZr中熵合金的层裂强度随冲击应力的增大而线性增大，随加载脉冲宽度的增大呈指数减小，介于3.77～4.80 GPa之间。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射，分析了冲击加载后回收样品的微观组织结构，发现冲击应力和加载脉冲宽度对NbTiZr的层裂损伤形貌有显著影响，层裂损伤形式为准解理断裂，未观察到固-固相变或变形孪晶。
高熵过渡金属二硼化物因其优异的力学性能及热物理性能受到了人们的广泛关注。然而，过去通过高温固相反应合成的效率较低。为此，通过高温高压固相反应，在5.5 GPa、2300 ℃的温压条件下合成了以VB2、NbB2、TaB2为基底的6类高熵过渡金属二硼化物。高压提高了高温下的固相反应效率，促进了高熵过渡金属二硼化物的合成。通过X射线衍射和能量色散X射线光谱仪表征并确认了6类高熵过渡金属二硼化物均由纯相组成，不存在氧化物杂质或第二相，且元素分布均匀，不存在元素偏析，证明了高温高压合成高熵过渡金属二硼化物的有效性和普适性。
过去10年里，金属卤素钙钛矿作为一种性能优异的新型功能材料被广泛应用，其研究取得了很多重要进展。压力作为一个基本的热力学变量，可以显著地影响材料的微观结构、原子间相互作用、电子轨道和化学键，是调节材料结构和性能的一个强大工具。与此同时，压力也为研究结构与性质之间的关系提供了新路径。结合金刚石对顶砧高压装置以及原位高压表征技术，总结了金属卤素钙钛矿在高压下的结构及性质变化，包括高压驱动结构相变，有序-无序转变，非晶化，局部结构演化，带隙、光致发光、光响应、电阻等性质在压力作用下的变化，以及高压下特有的奇特性质如金属化转变，系统分析了此类材料的结构-性质关系，并对未来的新型材料设计做出了展望。
近年来，压力下卤化物钙钛矿成为新的研究热点，呈现出许多优异的电学和光学等特性。高压下钙钛矿结构演变研究是所有物性研究的基石和重点。利用金刚石对顶砧压机，结合原位高压同步辐射X射线衍射、原位高压拉曼光谱、紫外-可见-近红外分光光度计测量技术和第一性原理计算，对全无机卤化物钙钛矿CsGeBr3在高压下的结构演变进行了系统研究。结果表明：CsGeBr3在常压下是菱方
钙钛矿氧化物BaMO3（M为过渡族金属）具有复杂的晶体结构和物理性质，本文系统地总结了BaMO3的研究进展，重点关注在 M 元素变化过程中晶体结构和物理性质的演化，以及高压调控下的结构相变、电输运性质和磁学性质的变化，讨论了M离子半径及合成压力对六方钙钛矿到钙钛矿演化过程的影响，同时对该领域中一些问题做了展望，探讨了这一体系可能出现的新的原子组合和结构，相应材料可能具有的新特性和科学意义。
过渡金属钙钛矿材料由于具有灵活多变的晶体结构和丰富多样的物理性质，在信息、能源和催化等领域具有广阔的应用前景。然而，在常规条件下合成的过渡金属钙钛矿种类有限。高压作为一种独特的实验手段，能够显著调控材料的原子间距和元素构型，在合成新型钙钛矿材料方面具有较大优势，通过改变电子结构可引发铁电、磁性、超导、金属-绝缘体转变、电荷转移及电荷歧化等新奇的物理性质。本文回顾了极端高压材料制备技术和高压原位测量技术，并对这2项技术在几类过渡金属钙钛矿合成与物性调控方面的应用进行了展望。
ReO3具有A位缺失的立方钙钛矿结构，在压力下会经历系列结构相变。近期，通过高压低温电阻测试，发现其高压R-Ⅰ相（空间群为
探索PO6配位八面体的高压晶体化学行为是理解磷的高压化学性质、了解磷在下地幔中可能的赋存方式及磷的地球化学循环的重要基础。在0～80 GPa压力范围内，对MgSiO3等电子体的NaPO3开展第一性原理密度泛函理论研究，通过对其常压
混合卤化物类钙钛矿具有多种优异的光电特性，如随卤素成分变化而大范围可调的带隙、高荧光量子产率等，是制备太阳能电池和发光二极管等光电材料的理想候选材料。然而，混合卤化物钙钛矿的稳定性较差，如在强光照条件下会发生相分离，这种不稳定性阻碍了它们在光电领域的广泛应用，因此，研究其相分离的内在机理和控制方法对于改善其特性以实现实际应用至关重要。针对强激光照射下具有不同组分的CsPb(I
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了不同扭转角下石墨烯/MoS2异质结构的电子结构和光学特性。结果表明，转角后的石墨烯/MoS2异质结构仍具备作为单层材料时的部分特征。在费米能级附近，石墨烯层保持了其特殊的线性色散能带结构，狄拉克锥上的直接带隙
基于一级轻气炮加载技术，利用不同类型的多层复合飞片，实现了冲击加载-卸载-再加载路径，结合回收表征以及一维流体力学模拟，对Cr-Ni-Mo钢在冲击加载-卸载-再加载路径下的层裂损伤行为进行了深入研究。结果表明，在冲击加载-卸载-再加载路径下，层裂面会重新闭合并形成微损伤带，而孔洞位置仍然位于原奥氏体边界和板条群边界处，裂纹仍保持穿晶+沿晶的混合断裂模式。此外，第1层飞片与样品之间存在的较大阻抗差异会导致自由面速度中的再加载信号缺失。这些发现为深入理解Cr-Ni-Mo钢在复杂加载路径下的层裂行为提供了重要参考。
三周期极小曲面（triply periodic minimal surface，TPMS）结构材料作为一种高孔隙率和高能量吸收效率的多孔介质，在许多领域得到广泛应用。以Gyroid和IWP结构作为设计基元，利用Sigmoid函数构建圆柱形过渡层，将外层IWP结构与内层Gyroid结构连接，设计了内外嵌套的GIP混合胞元结构。通过选择性激光熔融技术打印了Gyroid结构、IWP结构和GIP混合结构试样，并利用直撞式霍普金森杆对其进行了实验研究。结合LS-DYNA软件进行了更大冲击速度范围的数值模拟，分析了试件的变形演化过程和动态应力-应变关系。结果表明：结构的初始峰值应力和比吸能表现出不同程度的应变率敏感性。与Gyroid和IWP结构相比，GIP混合结构材料的应力-应变曲线表现出更明显的应变硬化趋势和更强的能量吸收能力。相较于GIP-1结构（冲击方向与圆柱形过渡层轴线方向相同），随着冲击速度的提高，GIP-2结构（冲击方向与圆柱形过渡层轴线方向垂直）具有更低的初始峰值应力和更大的比吸能，因而具有更优异的抗冲击性能。
为探讨高韧钢的抗爆性能及其影响因素，结合空爆试验，对高韧钢平板和加筋板的动响应过程进行了数值模拟，并与相同厚度的高强钢进行了对比。首先，开展了高韧钢和高强钢平板的空爆试验，对比分析了2种材料平板的变形和破坏试验结果。随后，采用LS-DYNA非线性有限元程序对高韧钢平板在近距空爆载荷作用下的变形/失效过程进行了数值模拟，并与试验结果进行了对比，验证了数值模拟方法的合理性。在此基础上，通过数值模拟进一步分析了高韧钢平板和加筋板结构的动态响应过程和失效机理。研究结果表明，在TNT药量为1 200 g、爆距为100 mm的近距空爆载荷作用下，10 mm厚的高韧钢平板仅发生拉伸大变形，而10 mm厚的高强钢平板中部出现大破口。高韧钢平板的抗爆性能明显优于同等厚度下的高强钢平板。近距离空爆载荷作用下，高韧钢平板的主要变形模式为整体拉伸变形，而高韧钢加筋板结构的主要破坏模式为沿加筋部位的剪切破坏。随着载荷强度的增大，高韧钢加筋板结构呈现出3种不同的失效破坏模式；随着加筋高度的增大，面板沿加筋的局部剪切应力更大，高韧钢加筋板的抗爆性能反而会劣化。研究结果展示了高韧钢的抗爆优势，可为高韧钢在舰船防护结构中的潜在应用提供技术支撑。
天然岩体常含自由边界，对定向断裂爆破产生干扰。为探究自由边界对定向断裂爆破的影响，采用爆炸焦散线方法和高速摄影技术，研究了含自由边界时定向爆炸裂纹尖端的应力分布和扩展机理。自由边界的反射P/S波作用于定向爆炸裂纹，改变了裂尖应力分布，产生了“弧线形”裂纹扩展路径。定向爆炸裂纹扩展可分为3个阶段。(1) 反射波作用前：裂尖受爆生气体“气楔”作用，产生Ⅰ型断裂，并沿直线扩展。(2) 反射波作用时：反射P/S波均使裂尖受张拉-剪切作用，产生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂，裂纹偏转趋向自由边界；在反射P波的作用下裂尖产生畸变焦散斑，裂尖应力由K场主导变为非K场主导，而在反射S波的作用下裂尖应力恢复为K场主导。(3) 反射波作用后：裂尖在惯性作用下恢复为Ⅰ型断裂，沿直线扩展。在明确反射P/S波对定向爆炸裂纹作用的基础上，推导了自由边界影响下定向断裂爆破炮孔间距的计算公式，可为精细化定向断裂爆破提供理论参考。
为探讨人造结石在不同条件下的力学性能，制备了不同配比（硬度、孔隙率、粉水比、蛋白含量）的牙科石膏试样（人造结石），对其开展准静态巴西劈裂试验，并利用
明胶鸟弹在不同撞击速度下表现出不同的响应特性。为解决传统明胶鸟弹本构表征方法在不同速度范围内不能通用的问题，开展了330 g明胶鸟弹以70～190 m/s速度、60°或90°入射刚性铝合金平板试验，记录了冲击力数据及撞击形貌。结果表明，随着撞击速度的提高，鸟弹碎裂得更充分，碎块体积减小。利用LS-DYNA建立了自适应FEM-SPH（finite element method-smoothed particle hydrodynamics）鸟体模型。依据试验结果反演得到一组鸟体本构参数：切线模量为1.33 MPa，剪切模量为115.95 MPa，Murnaghan状态方程参数
为了研究不同长度及倾角的裂隙对岩石-混凝土组合体强度和破坏模式的影响，基于颗粒流模拟软件（PFC），通过对比预置裂隙试样的室内试验结果，选取最接近室内试验结果的一组数据标定细观参数，由此对含预置裂隙的岩石-混凝土组合体数值模型进行单轴压缩试验。结果表明：单裂隙岩石-混凝土组合体的承载能力和弹性模量随裂隙倾角的增大整体呈增大趋势，建立了不同裂隙长度和裂隙倾角的增量函数；裂隙长度对岩石-混凝土组合体力学特性的影响显著；岩石界面的应力状态和混凝土界面附近的约束效应决定裂纹能否扩展通过界面，根据裂纹的分布情况，分析发现裂纹萌生与扩展的根本原因是应力场的变化和转移，破坏过程中岩石-混凝土组合体的破坏模式由拉伸破坏逐渐转变成宏观剪切破坏，揭示了单裂隙岩石-混凝土组合体单轴压缩的损伤演化规律。
为研究不同围压条件下含不同长度单裂隙岩体的裂纹扩展特征和能量演化规律，基于室内三轴压缩试验结果标定细观参数，开展了PFC2D颗粒流数值模拟试验。结果表明：拉伸裂纹先于剪切裂纹产生，两者呈指数增长，裂隙长度减小和围压增大使拉伸裂纹和剪切裂纹快速增长时间滞后；最终破坏时，随裂隙长度增加，拉伸裂纹和剪切裂纹减少。应力集中于裂隙两端，裂纹周围存在应力集中现象。相同围压下，裂隙长度增加，岩样破坏时块体数减少。岩体破坏本质为能量储存、耗散与释放的过程，在加载过程中，岩体能量转化被分为4个阶段。裂隙长度增加削弱岩样储存应变能的能力，总能量减少，围压增强岩样储存应变能的能力。岩样破坏时，耗散能大于应变能，随裂隙增长，耗散能减少。
融合多种生物材料内部结构的混合仿生结构设计是近年来兴起的一种材料强韧化设计新策略。采用碳纤维增强环氧树脂设计了一种由贝壳珍珠层“交错”结构和凤凰螺“交叉”结构融合而成的新型“交错-交叉”复合结构材料。实验和理论研究发现，珍珠层“交错”结构和凤凰螺“交叉”结构在内部载荷传递和应力分布调控方面存在显著差异，将两者进行简单混合将会导致局部应力集中，进而使材料性能劣化。通过优化该复合结构，提出了一种新型小角度连续纤维“交叉”叠层仿生结构，该结构能够优化材料内部的全场应力分布、抑制局部应力集中，形成延迟整体结构断裂失效的强韧化机制，有效解决材料性能的劣化问题。该研究结果有望为解决材料的强韧矛盾提供有益参考。
通过数值模拟研究了泡沫铝夹芯壳在重复冲击载荷作用下的变形和能量耗散机理，分析了曲率半径、前后面板厚度分配、芯层厚度和冲击能量梯度对结构抗重复冲击性能和能量吸收能力的影响规律。结果表明：在重复冲击载荷作用下，泡沫铝夹芯壳结构的变形不断累积，前面板局部弯曲变形，芯层局部压缩，后面板整体弯曲变形。随着冲击次数的增加，冲击力峰值逐渐增大，冲击持续时间缩短，结构能量吸收能力降低，整体抗弯刚度增大。每次冲击能量相同时，泡沫铝夹芯壳结构曲率越大，能量吸收能力越强，同时前、后面板5次重复冲击后的中点挠度大于曲率较小的夹芯壳结构。5次重复冲击载荷作用下，前面板厚度较大且后面板厚度较小时，结构的比吸能较低，但后面板中点挠度较小。泡沫铝芯层厚度越大，结构的后面板挠度越小，但总比吸能降低。3种不同梯度的冲击能量作用下，递增能量工况下结构的吸能最多，前、后面板的挠度较大，递减能量工况下结构的吸能最少，前、后面板的挠度较小。
