高聚物粘结炸药力学性能的分子动力学模拟

高聚物粘结炸药力学性能的分子动力学模拟随着现代军事科技的迅速发展,对含能材料的能量性能和综合性能的要求越来越高。

高聚物粘结炸药(PBX)集单质炸药的爆轰性能和聚合物优异的力学性能于一体,被广泛运用于工业及军事等领域。

同时,随着计算机科学技术的迅猛发展,利用模拟和计算的方法研究PBX炸药的结构和性能,对PBX的配方设计具有理论指导意义。

本文采用分子动力学模拟方法,在不同压强和温度条件下对PBX9501粘结剂、氟聚物F2311和F2314体系进行了研究,探讨其在600K/700K下的等温压缩行为,并通过拟合P-V-T数据找到其适用的状态方程;利用静态力学方法,在295K及1atm条件下对这三种粘结剂的力学性能进行了模拟,并将结果进行了对比分析;采用COMPASS力场,探讨了温度和压强对PBX9501混合炸药力学性能的影响,同时通过该体系中各组分最大引发键键长的变化来判断温度对其热感度的影响;得出以下结论:1)通过对PBX9501粘结剂、F2311和F2314进行MD模拟,并利用Tait和Sun状态方程对各粘结剂等温压缩线进行拟合发现,两状态方程对不同粘结剂的拟合都存在一定的差异,但拟合的结果均较好,即可利用Tait和Sun两状态方程来描述各粘结剂的等温压缩行为。

2)PBX9501粘结剂体系随压强增大其刚性增强,弹性减弱;随温度的升高,其刚性逐渐减弱,弹性增强;同时,将三种粘结剂的力学性能进行对比发现,F2314
的刚性较强、F2311次之,PBX9501粘结剂的塑性较之最强。

3)随着温度的升高,PBX9501复合炸药的刚性逐渐减弱,塑性和柔性渐强;在外界压强不断加载下PBX9501炸药逐渐表现出韧性,且随着压强的增大其韧性越好;同时利用MD方法对PBX9501热感度进行研究发现,随温度逐渐升高,PBX9501混合炸药体系变得更为敏感,且在375K时其引发键的最大键长显著增大。

研究结果为PBX配方设计中粘结剂的选择以及PBX9501的加工工艺的改进提供一定的理论支持。