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低压长脉冲载荷下β-HMX单晶滑移系的微观物理化学响应
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:物理化学学报
  • 时间:2014.9
  • 页码:2024-2034
  • 分类:O642[理学—物理化学;理学—化学] O643[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]北京应用物理与计算数学研究所,北京100094, [2]北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081
  • 相关基金:国家自然科学基金(11372053,11172044,11221202); 爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金(北京理工大学)(KFJJ14-06M)资助项目
  • 相关项目:冲击载荷下含缺陷含能单晶力-化学耦合过程的多尺度计算
中文摘要:

采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法,从炸药弹塑性微观机制出发,研究了在低压长脉冲载荷下β-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(β-HMX)炸药单晶中最有可能的七组滑移系的微观物理化学响应.模拟结果表明沿着垂直于(001)、(101)、(100)、(011)、(111)、(110)、(010)晶面的长脉冲作用方向,这七组滑移系呈现不同的物理化学响应.体系的剪切应力、能量、温度以及化学反应与长脉冲作用方向存在明显的依赖性:对(010)晶面,体系的剪切应力位垒高,能量和温度升高得快,化学反应很快发生,反应敏感度最高;对(001)晶面,体系的剪切应力位垒低,能量和温度变化缓慢,化学反应很难发生,因此反应敏感度低.滑移系的反应敏感度与滑移面两侧的分子间接触程度(即空间位阻)以及接触原子或基团间的反应活性紧密相关.对空间位阻大且相互接触的原子或基团容易发生反应的方向,滑移系的反应敏感度就高;对空间位阻小或相互接触的原子或基团不容易发生反应的方向,滑移系的反应敏感度就低.具有较高化学反应敏感度的滑移系被认为与单晶炸药中的"热点"起源有关.本研究为进一步发展更加合理和可靠的感度评价方法提供了理论支撑.

英文摘要:

From the viewpoint of the elastic-plastic microscopic mechanisms of explosives, we investigated the microscopic physical and chemical responses of seven dominant slip systems in the β-octahydro-1,3,5,7- tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine (β-HMX) single crystal under low pressure and long pulse loading using the ReaxFF- force-field-based molecular dynamics method. The simulation results suggest that the seven slip systems exhibit different physical and chemical responses for loading orientations normal to the (001), (101), (100), (011), (111), (110), and (010) crystal planes. The shear stress, energy, temperature, and chemical reaction strongly depend on the loading direction. For the (010) plane, the shear stress barrier is very high, which leads to fast energy accumulation and temperature increment that contribute to the early bond-breaking process, making it the most sensitive direction. For the (001) plane, the small shear stress barrier results in slow energy accumulation and temperature increase, and thus little bond dissociation, making it the least sensitive direction. The reaction sensitivity of the slip system is suggested to be significantly related to the intermolecular contacts on the two sides of the slip plane (i.e., steric hindrance) and the reaction activity of contacted atoms or groups. Directions with large steric hindrance and high reaction activity lead to high reaction sensitivity, whereas directions with small steric hindrance or low reaction activity result in low reaction sensitivity. The slip system with relatively high chemical reaction sensitivity is suggested to be associated with the origin of "hot spots" in energetic single crystals. This study provides theoretical support for developing a more reasonable and reliable sensitivity evaluation method for high explosives.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781