氮杂环类钝感炸药晶体形貌及其复合材料性能的分子动力学模拟研究

发布时间：2023-03-19 19:35

　　随着现代武器系统的不断发展,高能钝感炸药成为炸药研发领域的热点。晶体形貌和温度是影响炸药感度的重要参数,通过改变重结晶溶剂种类、温度等可以控制炸药晶体形貌、减少晶体缺陷、降低炸药感度;理论上预测溶剂对炸药晶体形貌的影响可以减少重结晶溶剂筛选的实验工作量。向单质炸药添加高聚物粘结剂亦可降低炸药感度,同时可改善炸药力学性能。本工作主要包括两部分内容:第一部分以1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)及1,4,6,9-四硝基-1,4,6,9-四氮杂双环[4,4,0]癸烷(TNAD)为研究对象,采用附着能(AE)模型预测其在真空中的晶体形貌,确定主要生长晶面,并运用分子动力学(MD)方法计算晶面与不同溶剂的相互作用,通过修正的AE模型预测其在溶剂中的晶体形貌。结果表明,TNAZ、ANPyO及TNAD的真空晶体形貌分别为多面体、椭圆及八面体;主要生长晶面分别为:(002)、(111)、(020)、(102)、(021)及(112)面,(110)、(100)、(11-2)及(10-1)面,(110)、(010)、(100)及(001)面...

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状及其发展
        1.2.1 炸药晶体形貌控制及相关性能的分子动力学研究
        1.2.2 ANPyO及其复合材料的研究现状
        1.2.3 TNAZ及其复合材料的研究现状
        1.2.4 TNAD及其复合材料的研究现状
    1.3 计算及分析方法简介
        1.3.1 分子动力学模拟及其基本原理
        1.3.2 晶体形貌预测模型
        1.3.3 含能材料感度的理论判据
        1.3.4 静态力学性能分析方法
    1.4 本课题的主要内容及创新点
        1.4.1 课题的主要研究内容
        1.4.2 课题的主要创新点
2 TNAZ在真空及溶剂中的晶体形貌预测
    2.1 引言
    2.2 模型搭建及模拟细节
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 模拟力场的选择
        2.3.2 溶剂与TNAZ晶面相互作用分子动力学模拟的平衡判断
        2.3.3 TNAZ在真空中的晶体形貌及主要生长晶面
        2.3.4 乙醇溶剂与TNAZ晶面的相互作用及其本质
        2.3.5 乙醇溶剂对TNAZ晶体形貌及主要生长晶面的影响
    2.4 本章小结
3 ANPyO在真空及溶剂中的晶体形貌预测
    3.1 引言
    3.2 模型搭建及计算细节
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 模拟力场的选择
        3.3.2 ANPyO在真空中的晶体形貌及主要生长晶面
        3.3.3 溶剂与ANPyO晶面相互作用分子动力学模拟的平衡判断
        3.3.4 溶剂与ANPyO晶面的相互作用及其本质
        3.3.5 溶剂对ANPyO晶体形貌及主要生长晶面的影响
        3.3.6 溶剂在ANPyO晶面的扩散系数
    3.4 本章小结
4 TNAD在真空及溶剂中的晶体形貌预测
    4.1 引言
    4.2 模型搭建及模拟细节
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 TNAD在真空中的晶体形貌及主要生长晶面
        4.3.2 溶剂与TNAD晶面相互作用分子动力学模拟的平衡判断
        4.3.3 溶剂DMSO与TNAD晶面的相互作用及其本质
        4.3.4 溶剂DMSO对TNAD晶体形貌及主要生长晶面的影响
    4.4 溶剂与晶面相互作用分子动力学模拟的应用
    4.5 本章小结
5 TNAZ及其复合材料性能的分子动力学模拟
    5.1 引言
    5.2 模型搭建及计算细节
        5.2.1 模型搭建
        5.2.2 计算细节
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 体系平衡判别和平衡结构
        5.3.2 不同温度下TNAZ的晶体结构和热膨胀性能
        5.3.3 不同温度下TNAZ的引发键键长
        5.3.4 不同温度下TNAZ的引发键连双原子作用能
        5.3.5 不同温度下TNAZ的内聚能密度
        5.3.6 不同温度下TNAZ的力学性能
        5.3.7 TNAZ(0 0 2)面与粘结剂形成PBXs体系的相容性
        5.3.8 TNAZ(0 0 2)面与粘结剂的径向分布函数
        5.3.9 粘结剂对TNAZ(0 0 2)面引发键键长的影响
        5.3.10 粘结剂对TNAZ(002)面引发键连双原子作用能的影响
        5.3.11 粘结剂对TNAZ内聚能密度的影响
        5.3.12 粘结剂对TNAZ(002)面力学性能的影响
    5.4 本章小结
6 ANPyO及其复合材料性能的分子动力学模拟
    6.1 引言
    6.2 模型搭建及计算细节
        6.2.1 模型搭建
        6.2.2 计算细节
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 体系平衡判别和平衡结构
        6.3.2 不同温度下ANPyO的引发键键长
        6.3.3 不同温度下ANPyO的引发键连双原子作用能
        6.3.4 不同温度下ANPyO的内聚能密度
        6.3.5 不同温度下ANPyO的力学性能
        6.3.6 ANPyO(110)面与粘结剂形成PBXs体系的相容性
        6.3.7 ANPyO(110)面与粘结剂的径向分布函数
        6.3.8 粘结剂对ANPyO(110)面引发键键长的影响
        6.3.9 粘结剂对ANPyO(110)面引发键连双原子作用能的影响
        6.3.10 粘结剂对ANPyO内聚能密度的影响
        6.3.11 粘结剂对ANPyO(110)面力学性能的影响
    6.4 本章小结
7 TNAD及其复合材料性能的分子动力学模拟
    7.1 引言
    7.2 模型搭建及计算细节
        7.2.1 模型搭建
        7.2.2 计算细节
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 体系平衡判别和平衡结构
        7.3.2 不同温度下TNAD的引发键键长
        7.3.3 不同温度下TNAD的引发键连双原子作用能
        7.3.4 不同温度下TNAD的内聚能密度
        7.3.5 不同温度下TNAD的力学性能
        7.3.6 TNAD(001)面与粘结剂形成PBXs体系的相容性
        7.3.7 TNAD(001)面与粘结剂的径向分布函数
        7.3.8 粘结剂对TNAD(001)面引发键键长的影响
        7.3.9 粘结剂对TNAD(001)面引发键连双原子作用能的影响
        7.3.10 粘结剂对TNAD内聚能密度的影响
        7.3.11 粘结剂对TNAD(001)面力学性能的影响
    7.4 本章小结
8 全文总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3765831