当冲击波从金属自由表面或金属/气体界面卸载时通常会发生微喷射现象。微喷射是战略武器研究中的关键和难点问题,亦是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿和热点问题之一。此外,微喷射是一种典型的多机制、多影响因素的复杂动力学现象,研究涉及材料冲击相变、动态损伤和破坏、多相流动和颗粒气动变形破碎等诸多前沿基础性科学问题。本文开展了强冲击下金属表面破坏行为的数值模拟和理论研究工作,包括SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）数值方法与程序发展、微喷射物理机制与规律研究以及激光实验理论设计与数值分析。本文的研究工作及主要结果简述如下:1.研究了衰减冲击波作用下金属表面微喷射行为。分析了微射流和微层裂耦合机制下金属表面破坏机制,数值模拟研究发现,衰减冲击波作用下含初始扰动金属表面破坏后形成了由高速射流、射流杵体、拉伸稀疏区和复杂破碎区组成的复杂空间结构,在沟槽底部区域形成了两个明显的密度界面,以上发现通过激光驱动冲击加载实验获得初步验证。进一步,考察了加载波形、冲击压力和表面扰动对喷射物空间分布特征和统计特性的影响规律。此外,在考虑可压缩效应和相对位移效应基础上,建立了衰减冲击波作用下熔化金属微层裂破坏深度理论模型,开展了激光驱动冲击加载微层裂实验并验证了理论模型。最后,考察了入射衰减冲击波卸载宽度和峰值压力对微层裂破坏深度的影响规律。2.研究了二次衰减冲击波作用下金属表面微喷射行为。在首次喷射形成的复杂空间结构基础上,开展了二次喷射数值模拟。研究发现,二次衰减冲击波作用下金属表面微喷射由二次入射衰减冲击波在首次喷射后形成的两个密度界面上发生的连续Richtmyer-Meshkov不稳定性主导。进一步,开展了激光驱动冲击加载二次喷射实验,获得了高分辨率X射线照相结果,以此验证了数值模拟结果。最后,考察了时间间隔对二次射流空间分布特征和统计特性的影响规律,发现随着时间间隔增加,二次射流形成能力逐渐增强,累积喷射质量逐渐增加并收敛至常值。3.开展了强冲击下射流失稳破碎的数值模拟方法及应用研究。开发了三维自由表面粒子高精度检测算法,该算法由于提升了凹曲面的检测能力以及检测精度独立于粒子法线方向,因此显著提高了检测精度。此外,开发了适用于自由表面流动SPH模拟的表面张力模型,解决了自由表面流动中表面张力弱化、数值模拟结果无法收敛到理论解的问题,其中满足归一化的自由表面delta函数是使数值模拟结果收敛到理论解的关键原因。开展了强冲击下柱状射流失稳破碎数值模拟,研究发现,在速度梯度、表面张力和物质粘性作用下,柱状射流发生失稳破碎,形成多个球形的破碎颗粒。进一步,考察了空间尺度和表面扰动对射流破碎以及破碎颗粒尺寸分布的影响规律。结果表明,随着空间尺度增加,表面张力作用逐渐减弱,射流破碎主导机制由表面张力向惯性力转变,破碎颗粒逐渐由球形转变为梭形;当特征长度增加至50 μm时,表面张力对射流破碎影响基本可以忽略;随着沟槽角度增大,初始破碎时间增加,平均破碎颗粒半径增加。