CL-20/TNT结晶、RDX缺陷晶体及其复合体系结构与性能的MD模拟研究

摘要

本文采用分子动力学(MD)方法，首次对CL-20/TNT共晶基高聚物粘结炸药(PBX)的结构与性能进行了报道，探索了不同浓度、温度和类型的粘结剂对共晶炸药性能的影响。此外，运用MD方法对RDX孔缺陷体系及其与石蜡的复合体系进行了研究，从能量角度反映体系的感度与孔径的关系。
　　首先，选择浓度不同(2.5％、9.2％、14.9％、19.9％)的F2311作为粘结剂，对CL-20/TNT/F2311 PBX体系进行MD模拟。以引发键最大键长[Lmax(N-NO2)]关联PBX体系的感度，结果发现随F2311在PBX中浓度的增加，体系的感度先减小，而后在浓度为9.2％趋于稳定;同时，随浓度的增加，体系的内聚能(CED)、爆速爆压均逐渐减小，结合能和延展性逐渐提高。
　　其次选择合适的PBX模型在不同温度(195K～395K)下进行MD模拟。模拟结果表明以Lmax(N-NO2)、N-N双原子作用能(EN-N)和CED来关联CL-20/TNT共晶基PBX体系的热和撞击感度，所得结果与实验事实相符;随温度的升高，PBX体系的力学性能有规律的变化，但结合能呈现复杂变化，意在说明结合能不能关联PBX体系感度。最后选择四种高分子(F2311、F2314、PVAc、PS)作为粘结剂，对CL-20/TNT共晶基PBXs进行MD模拟。研究发现F2311、F2314两种氟聚物不仅能有效改善PBX体系的延展性，而且小幅度的降低共晶炸药的爆速爆压;求得共晶体系与高分子间的结合能大小顺序为CL-20/TNT/PVAc＞ CL-20/TNT/F2311＞ CL-20/TNT/PS＞ CL-20/TNT/F2314;比较高分子与共晶三个晶面[(100)，(010)，(001)]的结合能，可得(010)面与高分子的结合能最小;并以对相关函数描述了共晶体系与高分子间的相互作用方式。
　　运用MD模拟方法，对不同孔径下纯RDX体系及RDX/paraffin复合体系进行退火。研究发现，在孔径不超过RDX单胞体对角线的情况下，两体系的感度均随孔径的增大而增大;同一孔径下RDX体系比复合体系更易形成孔缺陷，感度较高，这与石蜡致钝的实验事实相符。当孔径为6时五种RDX切割模型及其复合体系的感度大小顺序均是一致的，并以对相关函数和界面结合能分析了这一结论。
　　此外，还研究了RDX体系及其复合体系的分子扩散，发现孔缺陷和石蜡的加入均能加速RDX分子的扩散。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展概况

1．2．1 以RDX为基的高聚物粘结炸药的发展概况

1．2．2 共晶含能材料的发展概况

1．3 理论方法

1．3．1 分子力学

1．3．2 分子动力学

1．4 分析方法简介

1．4．1 力学性质分析

1．4．2 界面结合能分析

1．4．3 对相关函数分析

1．4．4 内聚能密度分析

1．4．5 引发键键长分析

1．4．6 引发键键连双原子作用能

1．4．7 爆速爆压预测

1．4．8 晶体分子扩散

1．5 研究内容

2 CL-20／TNT共晶的F2311浓度效应

2．1 引言

2．2 力场的选择、模型构建与计算细节

2．2．1 力场的选择

2．2．2 模型构建

2．2．3 计算细节

2．3 结果与讨论

2．3．1 动力学平衡的判别

2．3．2 引发键键长与F2311浓度的关系

2．3．3 界面结合能与F2311浓度的关系

2．3．4 对相关函数与F2311浓度的关系

2．3．5 内聚能密度与F2311浓度的关系

2．3．6 力学性能与F2311浓度的关系

2．3．7 爆速爆压与F2311浓度的关系

2．4 本章小结

3 CL-20／TNT／F2311复合物的温度效应

3．1 引言

3．2 模拟细节

3．2．1 模型构建和计算细节

3．2．2 平衡判别

3．3 结果和讨论

3．3．1 引发键键长与温度的关系

3．3．2 N-N双原子作用能与温度的关系

3．3．3 内聚能密度与温度的关系

3．3．4 界面结合能与温度的关系

3．3．5 对相关函数与温度的关系

3．3．6 力学性质与温度的关系

3．4 本章小结

4 CL-20／TNT共晶／聚合物复合体系的结构与性能

4．1 引言

4．2 模型构建、计算细节与体系平衡的判别

4．2．1 模型构建

4．2．2 计算细节

4．2．3 体系平衡的判别

4．3 结果与讨论

4．3．1 界面结合能分析

4．3．2 对相关函数分析

4．3．3 力学性能分析

4．3．4 爆速和爆压

4．4 本章小结

5 RDX缺陷晶体及其石蜡复合体系的MD模拟研究

5．1 引言

5．2 计算细节

5．2．1 力场选择

5．2．2 模型构建

5．2．3 计算细节

5．3 结果与讨论

5．3．1 感度与孔径的关系

5．3．2 五种纯缺陷RDX模型的感度比较

5．3．3 五种RDX／paraffim复合体系的感度比较

5．3．4 缺陷RDX及其复合体系的分子扩散

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文