复合含能材料性能及HMX基PBX热分解机理的分子动力学模拟研究

发布时间：2017-06-03 12:28

  本文关键词：复合含能材料性能及HMX基PBX热分解机理的分子动力学模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：RDX(环三亚甲基三硝胺)和HMX(环四亚甲基四硝胺)都是爆炸性能优良的单体炸药,目前广泛应用于军事和民用领域。本文包括两个部分：1、用经典分子动力学(MD)方法模拟研究RDX/硝酸异丙酯／高氯酸铵三组分模型体系和RDX/硝酸异丙酯/高氯配胺/铝/石蜡(或地蜡)五组分模型体系在COMPASS力场下体系结构-性能之间关系。2.利用量子分子动力学方法(QMMD)模拟研究β-HMX及以其为基的PBX(β-HMX/石蜡,β-HMX/PEG)在高温下引发及分解机理,并比较不同高聚物对HMX引发键及引发时间的影响。对于多组分体系,首先按一定配方比例研究了三组分模型体系(RDX/硝酸异丙酯/高氯酸铵)在5个温度下195K,245K,295K,335K和365K的弹性力学性能、内聚能密度(CED)、引发键键长和晶胞参数等来关联该体系的感度及温度效应,研究其安全性能。之后在三组分模型体系基础上加入高能添加剂铝和粘结剂石蜡(或地蜡)以此来研究五组分模型体系在同样5个温度的性能和感度,并与三组分模型体系进行比较。此外讨论了选用石蜡或地蜡两种模型得到两种配方的性能优劣。本次模拟研究丰富了高聚粘结炸药PBX的配方设计,为寻找和研究新型PBX提供理论参考。对于HMX体系的高温下引发及分解的QMMD模拟,首先利用CP2K程序包和自洽电荷-密度泛函紧束缚方法(SCC-DFTB)模拟了纯β-HMX (2X2X2)[100]晶面体系在正则系综(NVT,T=1800K)下的引发和热分解反应。之后添加相同比例配方的钝感剂石蜡或PEG,研究其复合体系PBX在同样条件下的引发和分解反应,并比较不同钝感剂对HMX引发和分解的影响。这是首次对HMX及以其为基的PBX模型体系热分解机理的QMMD模拟研究,首次研究了高聚物材料对含能材料HMX引发和热分解过程的影响,为后续深入理解高聚物致钝机理奠定基础。
【关键词】：环三亚甲基三硝胺 环四亚甲基四硝胺 高聚物粘结炸药 力学性能 分子动力学模拟 量子分子动力学模拟 自洽电荷-密度泛函紧束缚方法 热分解 引发键
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ560.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.1.1 经典分子动力学方法研究多组分复合含能材料的性能11-12
• 1.1.2 量子分子动力学方法研究HMX基PBX热分解机理12-13
• 1.2 研究方法13-18
• 1.2.1 经典分子动力学(MD)14-15
• 1.2.2 量子分子动力学(QMMD)15-18
• 1.3 模拟工具软件18-19
• 1.3.1 Materials Studio程序18-19
• 1.3.2 CP2K程序19
• 1.4 研究内容19-21
• 2 三组分(RDX/IPN/AP)体系的MD模拟研究21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 模型搭建与计算细节21-24
• 2.2.1 模型构建21-22
• 2.2.2 力场选择22
• 2.2.3 计算细节22-24
• 2.3 结果与讨论24-29
• 2.3.1 体系平衡判别24-25
• 2.3.2 力学性能分析25-27
• 2.3.3 内聚能密度分析27
• 2.3.4 引发键键长分析27-28
• 2.3.5 晶胞参数分析28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 五组分(RDX/IPN/AP/Al/地蜡(石蜡))体系的MD模拟研究30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 模型搭建与计算细节30-32
• 3.2.1 模型构建30-31
• 3.2.2 力场选择31
• 3.2.3 计算细节31-32
• 3.3 结果与讨论32-40
• 3.3.1 体系平衡判别32-33
• 3.3.2 力学性能分析33-36
• 3.3.3 内聚能密度分析36-38
• 3.3.4 引发键键长分析38-40
• 3.3.5 晶胞参数分析40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 β-HMX晶体热解机理的QMMD模拟研究42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 计算方法42-44
• 4.2.1 模型构建42-43
• 4.2.2 模型优化43-44
• 4.3 结果与讨论44-50
• 4.3.1 初始反应机理44-48
• 4.3.2 产物分析48-49
• 4.3.3 径向分布函数49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 β-HMX/石蜡体系热解机理的QMMD模拟研究52-62
• 5.1 引言52
• 5.2 计算方法52-54
• 5.2.1 模型构建52-53
• 5.2.2 模型优化53-54
• 5.3 结果与讨论54-60
• 5.3.1 初始反应机理54-58
• 5.3.2 产物分析58-60
• 5.4 本章小结60-62
• 6 β-HMX/PEG体系热解机理的QMMD模拟研究62-71
• 6.1 引言62
• 6.2 计算方法62-64
• 6.2.1 模型构建62-63
• 6.2.2 模型优化63-64
• 6.3 结果与讨论64-70
• 6.3.1 初始反应机理64-67
• 6.3.2 产物分析67-70
• 6.4 本章小结70-71
• 结论71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-83
• 附录83

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本文编号：418184