摘要：含能材料在军事、民用和航天等领域具有广泛应用,极端条件下其物理化学性质会发生显著变化。通过模拟研究预测和优化含能材料性能具有重要意义,包括性能预测、优化设计、安全评估、成本效率控制等。为此,综述了极端条件下含能材料的研究背景、基本性质、模拟研究方法及进展、关键问题以及相关实验研究进展。其中,详细介绍了量子力学、分子动力学、蒙特卡罗和有限元等模拟方法及其研究进展,阐述了高压、高温、激光作用和界面效应等极端条件下模拟研究的关键问题,并列举了含能材料在撞击感度、化学释能规律、3D打印、绿色电合成、爆轰机理和超高含能材料合成等方面的实验研究进展。通过遴选代表性研究,展示了模拟研究在实际问题中的应用和解决方案。同时,介绍了一些最新研究成果,以反映该领域的最新进展和未来趋势。此外,详细讨论了跨学科研究的实现方式以及含能材料在极端条件下的安全性问题,包括可能的风险和预防措施。

摘要：为了深入了解金属材料在复杂加载下的动态破碎行为,在有限元模拟的基础上,设计了两类马赫杆加载实验,用于研究无氧铜在复杂加载下的动态破碎行为。实验中,采用火炮加载马赫透镜和激光粒子速度干涉仪测量自由面速度,实现了峰值压力分别为95.75和32.38 GPa的动态加载。结果表明,实验中成功实现了稳定的马赫杆加载,并且观察到马赫杆加载下无氧铜的2种不同近表面破碎模式,即高压下产生微层裂、低压下产生三角波层裂,且层裂区呈凸形分布。

摘要：基于波阻抗梯度材料的准等熵加载技术是掌握材料动态响应特性的重要技术手段,对于提升材料服役性能至关重要。采用电子束蒸发镀膜技术成功制备出Ti-Pt周期调制梯度材料,通过对周期层内双组分(Ti和Pt单层)厚度的调控,实现了波阻抗的宏观梯度变化。梯度材料实测总厚度与理论设计总厚度的误差仅为1.67%,并且实测平均硬度及弹性模量分别为2.8和99.8 GPa。材料内部层界面清晰,物相分析未发现金属合金相。利用一级轻气炮驱动TiPt周期调制梯度材料加载5μm厚Al靶,在Al靶内产生冲击-准等熵加载波形。数值模拟结果与实验曲线在上升趋势上吻合良好,5μm厚Al靶处的粒子速度、应力和应变率曲线的准等熵段存在较大起伏,应变率曲线在正负值间持续振荡,并且振幅较大。应力云图显示周期调制梯度材料在加载过程中会形成多个波系的追赶、叠加、整合。数值模拟结果显示,当靶材厚度为60μm时,波系完成整合,转变为连续的压缩波。结合数值模拟结果开展了60μm厚Al靶的轻气炮加载实验,粒子速度曲线和应力曲线的准等熵段转变为平滑的加载波形,应变率曲线准等熵段振幅显著减小,实现了良好的准等熵加载效果。研究结果表明,周期调制梯度材料与靶材厚度需进行匹配设计,研究结果可为新型周期调制梯度结构的应用提供指导。