多面聚能装药结构是指在同一个装药的四周均匀布置多个相同的药室和药型罩,且每个药室的炸药由同一起爆点起爆。多面聚能装药起爆后形成多股射流,达到多元毁伤目的,因此已被应用于军事和民用工程,特别是油气井射孔、岩石定向断裂控制爆破、多面线性切割等广泛地使用该技术。由于多面聚能效应具有广泛的应用价值,对其进行系统地研究具有十分重要的意义。由于实验涉及到炸药的爆轰、弹壳的破碎飞散以及聚能射流的侵彻等过程,高温、高速、高危险性增加了实验的难度,而且传统的解析方法无法准确地描述复杂运动过程的特点以及规律。同时,考虑到实验成本等因素,必须寻求能够代替实验进行研究的方法。随着计算机技术的飞快发展,数值模拟成为了一种有效的方法。由于聚能装药射流形成及射流侵彻靶板过程的数值模拟涉及到大变形和多物质问题,一直是数值模拟领域的难点。所以本文的主要研究内容之一就是针对此类的大变形、多物质问题,探讨和研究适合的数值模拟算法；其次,利用理论分析、数值模拟、实验和工程应用研究相结合的方法对多面聚能装药结构及药型罩结构进行设计与优化,并对不同装药结构的药型罩压垮变形过程、射流侵彻机理和侵彻性能进行研究。本文首先介绍了光滑粒子方法理论Smoothed Particle Hydrodynamics Method(简称SPH)以及其程序代码的编写方法,其次介绍了光滑粒子方法和光滑粒子-有限元耦合方法SPH-FEM在LS-DYNA程序中的实现方法。然后对这两种方法在聚能射流及其侵彻问题的数值模拟中的有效性进行研究,并与有限元方法FEM和流固耦合方法ALE相比较探讨其优越性,与实验比较分析其精确性。同时,对于不同初始相邻光滑粒子数、不同粒子近似公式对于计算结果的影响进行详细的研究。结果表明SPH和SPH-FEM方法是比较理想的适合于模拟此类大变形和多物质问题的方法。基于能量利用原理,设计和优化不同装药结构,并对不同起爆方式对于射流速度大小的影响进行研究。药型罩作为炸药爆轰能量的载体,是聚能装药结构中最重要的部件之一,故本文基于数值模拟手段,结合聚能射流与爆炸成型弹丸理论,采用正交设计方法设计和优化双锥药型罩,并对不同结构参数下双锥罩的射流成型机理和射流成型性能进行研究。通过方差分析得出影响射流头部速度、翻转弹丸速度、弹丸长径比等关键指标的显著影响因子和影响规律。数值模拟结果与实验结果较吻合。药型罩的不同壁厚变化率、不同曲率半径及不同密度对射流速度大小的影响较大,因此本文借助数值模拟手段进行研究,探讨以上参数对射流速度的影响规律。此外,根据爆轰波在不同材料界面的透反射理论,当药型罩采用铜铝双层结构时,只要内外层罩的厚度配置合理,就可以实现铜铝双层罩的分离,使得内层罩获得比外层罩更大的速度,进而达到提高射流头部速度的目的,因此本文采用正交设计和方差分析方法对不同几何参数的铜铝双层罩的成型原理和射流速度影响规律进行详细研究。最终优化得到的铜铝双层罩的射流头部速度获得较大的提高。鉴于目前射流侵彻模型中一些参数的测定难度大,建立一种数值模拟与理论公式相结合的计算模型来预测侵彻深度。参考不可压缩流体力学理论,根据射流速度分布的非线性,采用双虚拟点源原理进行计算,通过两个算例和试验表明,这种计算方法是可行的,建立的射流侵彻模型具有较好的精度。以实验为基础,研究双面和四面聚能装药结构的几何结构、压药工艺、起爆方式等因素对于侵彻钢靶性能或能量利用效率的影响。采用简易的、成本低的机械方法制备粉末药型罩,并研究其射流质量和侵彻性能。试验研究了不同结构和不同材料药型罩的射流侵彻性能。此外,利用正交设计试验方法研究了钨铜药型罩的钨铜比例、成型压力、质量和装药量等因素对于射流侵彻性能的影响大小和影响规律。通过两个典型的工程爆破案例：深井卡钻和深水下桥墩底部岩石爆破,详细地介绍了复杂环境下特种爆破技术方案的制定以及多面聚能效应技术的应用。根据两个工程案例的实际环境分别设计了多面聚能切割弹和单面聚能爆破弹,并采用数值模拟与试验相结合的方法系统地研究其爆炸变形运动机理、侵彻切割效果和安全性能。工程结果十分理想,取得的参数可供相似的工程参考。