爆炸焊接制备的金属复合材料受到工程应用的青睐,然而随着工程实践对材料性能要求的提高,其在服役过程中的界面脱层及开裂现象,由于直接决定复合材料使用寿命和可靠性,而引起人们广泛关注,并开展了系列研究。本文立足于304不锈钢/Q245R钢爆炸焊接界面形貌结构及剪切行为不均匀性研究,首先基于流体-塑性体模型及不稳定性理论对爆炸焊接界面进行相应的界面形貌特征理论研究;然后,从爆炸焊接界面结构不均匀性角度切入主题,对界面开展横、纵截面观察与分析,基于非平衡运动过程理论对不均性产生机理开展讨论;其次,为重现爆炸焊接瞬间复杂的理化反应,采用SPH法通过借助AUTODYN软件模拟爆炸焊接过程,观测焊接过程的物理场特性,对比分析界面波特征长度随冲击速度和冲击角度的变化趋势;最后,爆炸焊接界面波具有形似“搓衣板”的不均匀结构,使得界面受载时应力状态分布较为复杂,综合开展有关爆炸焊接界面结合强度(剪切强度)各向异性分析。此外,在剪切实验的基础上,从热力学能量的角度研究界面的熵能关系以及界面断口形貌与界面的结合强度的关系。本文探讨了304不锈钢/Q245R钢界面波的成波机理,系统地研究界面结构不均性及由不均匀性衍生的力学各向异性问题,实现了SPH法对爆炸焊接过程的仿真,给出了界面断裂能与界面形貌的定量关系。主要研究结论如下:(1)爆炸焊接界面波的形成是由Helmholtz-Taylor综合不稳定性和流体粘弹性两者相互竞争作用的结果;(2)基于非平衡运动方程发现爆轰驱动基、复板发生高速碰撞,伴随的热、力效应对材料冶金行为的影响随厚度增加而变化,该过程发生时间极短且不可逆,必然导致界面沿厚度方向的不均匀性。爆炸焊接装药厚度、密实度及边界条件的不均匀性伴随着爆轰压力脉动及爆轰产物对复板作用时间、作用冲量的不等性,进而导致参与焊接的金属微元在各个方向皆处于非平衡状态,其结果体现在焊接横截面上呈不规则波状。(3)爆炸焊接数值分析结果证明SPH法是一种非常适用于模拟高速冲击焊接过程的有效方法,数值分析揭示了剪切应力场、等效塑性变形场、温度场和速度场特性,并且记录其随时间的变化规律,得出爆炸焊接是结合了塑性变形、熔化和扩散焊的焊接过程。基于比强度及冲击角度的对比模拟实验,得出界面成波规律性认识,有助于指导工程实践运用。(4)剪切实验揭示了界面力学行为的各向异性,指出了界面最大强度承载方向。根据热力学及物理逻辑关系获得了分形维数、热力学熵及爆炸焊接界面能量三者之间的定量关系,与信息熵相关的分形分析为爆炸焊接界面力学性质的表征和预测提供了新的科学方法。界面断口熵能分析表明断裂能量取决于断裂面的分形维数,即表面粗糙度越高,断裂面的分形维数越高,材料界面的强度越强。