A screened hybrid density functional study on energetic complexes: Alkaline-earth metal carbohydrazide perchlorates

The molecular geometries, electronic structures and stabilities of a series of alkaline-earth metal carbohydrazide perchlorates were investigated using the Heyd–Scuseria–Ernzerhof (HSE) screened hybrid density functional. The results show that Be and Mg complexes have six-coordinated octahedron features, as previously reported for the transition metal complexes. However, Ca, Sr and Ba complexes have additional coordinated oxygen atoms from the perchlorate ion. Detailed NBO analyses indicate that the metal–ligand interactions are essentially ionic and play an important role in the stabilities of these energetic complexes. The donor–acceptor interactions result in a reduction of occupancies of σ_C=O and σ_N–H bond orbitals, and also their subsequent impact on bond length and bond order.     

2021-07期目录

在陈宗基院士关于地下硐室长期稳定性力学问题研究的基础上,采用Sadovsky院士关于复杂地质岩体的等级构造学说,围绕深部岩体非均匀构造与封闭应力固有的统计力学属性,研究了岩体非均匀变形与封闭应力特性,以及深部硐室围岩的长期稳定性等两个力学问题。给出了岩体非均匀构造与封闭应力的数学表征;根据质量守恒定律得到了计算深部硐室围岩长期变形的一般公式;得到了围岩变形中劈裂扩容变形占主要部分的结论,并且阐明了深部围岩卸荷时更易出现劈裂破坏的原因。给出了劈裂破坏形态的演进序列与扩容位移的计算方法。将围岩松动圈范围、破裂区位置和边壁位移的计算结果与锦屏一级电站厂房现有监测数据进行了对比,两者相当吻合。     

轴向分布式药包激发地震波场模型

炸药震源激发地震波场幅频特性直接影响地震勘探精度,本文通过计算研究轴向分布式药包激发地震波场幅频特征规律:以球形空腔震源模型为基础,采用叠加方法获得轴向分布式药包激发地震波场计算方法,并与数值模拟结果进行对比。研究表明:该方法误差在7%以内;在爆心距大于药柱总长度9.8倍时轴向分布式药包所激发地震波速度场与球形药包基本一致,但地震波的频率更高。     

一种强耦合预估-校正浸入边界法

为克服传统浸入边界法的质量不守恒缺陷,提出了一种用于可压缩流固耦合问题的强耦合预估-校正浸入边界法。通过阐述一般流固耦合系统的矩阵表示,推导了流固耦合系统的强耦合Gauss-Seidel迭代格式,进一步导出预估-校正格式,提出了预估-校正浸入边界法。该方法使用无耦合边界模型对流体进行预估,将流固耦合边界视为自由面,固体原本占据的空间初始化为零质量的单元,允许流体自由穿过耦合边界。对于流体的计算,使用带有minmod限制器的二阶MUSCL有限体积格式和基于Zha-Bilgen分裂的AUSM+-up方法,配合三阶Runge-Kutta格式推进时间步。在校正步骤中,通过一组质量守恒的输运规则来实现输运过程。输运算法可概括为将边界内侧的流体进行标记,根据标记顺序以均匀方式分割和移动流体,产生一个指向边界外侧的流动,最后在边界附近施加速度校正保证无滑移条件。标记和输运算法避免了繁琐的对截断单元的几何处理,确保了算法易于实现。对于固体的计算,分别采用一阶差分格式和隐式动力学有限元格式求解刚体和线弹性体,并利用高斯积分获得固体表面的耦合力。使用预估-校正浸入边界法计算了一维问题和二维问题。在一维活塞问题中,获得了压力分布、相对质量历史和误差曲线,并与其他方法进行了对比。在二维的激波冲击平板问题中,获得了数值模拟纹影和平板结构的挠度历史,并与实验结果进行了对比。研究表明,该方法区别于传统的虚拟网格方法和截断单元方法,能够精确地维持流场的质量守恒并易于实现,且具有一阶收敛精度,能够较准确地预测激波绕射后的流场以及平板在激波作用下的挠度,为开发流固耦合算法提供了一种新的思路。     

Nitrogen‐Rich Energetic Monoanionic Salts of 3,4‐Bis(1 H‐5‐tetrazolyl)furoxan

3,4‐Bis(1H‐5‐tetrazolyl)furoxan (H₂BTF, 2 ) and its monoanionic salts that contain nitrogen‐rich cations were readily synthesized and fully characterized by multinuclear NMR (¹H, ¹³C) and IR spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), and elemental analyses. Hydrazinium ( 3 ) and 4‐amino‐1,2,4‐triazolium ( 7 ) salts crystallized in the monoclinic space group P2(1)/n and have calculated densities of 1.820 and 1.764 g cm^?3, respectively. The densities of the energetic salts range between 1.63 and 1.79 g cm^?3, as measured by a gas pycnometer. Detonation pressures and detonation velocities were calculated to be 23.1–32.5 GPa and 7740–8790 m s^?1, respectively.     

不同罩材聚能装药对多层介质侵彻的实验与数值模拟

 为实现聚能装药对多层介质的大破孔侵彻,提出了钛合金药型罩聚能装药设计方案。采用实验与数值模拟相结合的方法,对钛合金、低碳钢及紫铜罩聚能装药侵彻多层介质进行了研究,分析了钛合金聚能侵彻体相对于紫铜和低碳钢侵彻体在成型过程中,其动能、头部速度及射流长度等的差异,并对侵彻过程中应力波的传播特性进行了分析。结果表明：相对于紫铜和低碳钢,钛合金罩聚能侵彻体的能量转换率高,所获得的动能大,头尾速度梯度小,外形更为短粗;虽对多层介质侵彻时侵彻深度有所减小,但漏斗坑尺寸明显增大,且平均破孔孔径提高了约20%。     

切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究

 基于60 mm弧锥结合罩爆炸成型弹丸（EFP）装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的切割式双模战斗部结构,其具有生成单个EFP或者多爆炸成型弹丸（MEFP）的功能;根据目标属性,可选择性地改变战斗部的毁伤元成型模式,实施最有效的打击。利用LS-DYNA程序,对两种模式毁伤元成型及侵彻45钢靶过程特性进行了数值模拟,模拟结果与地面静爆实验结果吻合较好。研究表明,该战斗部形成的单个EFP能贯穿25 mm厚45钢靶,可有效打击重装甲目标;经网栅切割后能形成5片具有一定质量和方向性、可贯穿6 mm厚45钢靶的EFP破片,显著提高了对轻装甲目标的毁伤概率。     

Soda lime玻璃材料中失效波形成和传播研究

 为了研究冲击载荷作用下Soda lime玻璃材料中失效波的形成和传播,通过轻气炮加载平板撞击实验,采用双螺旋锰铜压阻传感器,在一发实验中同时测量4种不同厚度试件背面与有机玻璃背板间界面处的纵向应力时程曲线,根据测量结果得到试件中失效波的传播轨迹。通过改变碰撞速度,对不同加载条件下的失效波形成和传播规律进行了研究,结果表明,Soda lime玻璃材料在冲击作用下产生失效波所需的延迟时间随冲击载荷的增加而减小,失效波传播速度随冲击载荷的增加而增加。最后采用弹性微裂纹统计模型描述冲击载荷作用下Soda lime玻璃的破坏机制,并将模型嵌入LS-DYNA有限元程序中,模拟试件在不同加载条件下的平板碰撞,所得横向应力和自由面粒子速度曲线均可用于表征失效波破坏现象。根据数值模拟结果分析失效波的传播轨迹,与实验测量结果符合较好。     

含能配合物[Zn(DAT)6](ClO4)2(DAT＝1,5-二氨基四唑)的合成、晶体结构及性质

采用直接法合成了新型高氮含能配合物[Zn(DAT)₆](ClO₄)₂(DAT＝1,5-二氨基四唑), 并用元素分析、傅立叶变换红外光谱对其结构进行了表征. 利用缓慢蒸发溶剂法培养出其单晶, 采用X射线单晶衍射仪测定其晶体结构, 结果表明该晶体属于三方晶系, 空间群, a＝b＝1.18398(9) nm, c＝0.65700(10) nm, γ＝120°, V＝0.79760(15) nm³, Z＝1. 在目标配合物的最小不对称单元中有1个Zn^2＋, 6个DAT分子和2个. 来自6个DAT分子的6个N原子分别与中心Zn^2＋配位, 形成一个六配位、非中心对称的畸变八面体结构. 用差示扫描量热分析、热重-微分热重分析结合红外光谱研究了标题化合物的热分解机理以及分解反应动力学参数. 测定了标题配合物的感度性能, 结果表明标题配合物具有一定的摩擦感度.     

[Mn(AZT)_2(H_2O)_4](HTNR)_2·4H_2O的合成、晶体结构、热行为及感度性质(英文)

通过酸性2,4,6-三硝基间苯二酚(HTNR)的锰盐与3-叠氮-1,2,4-三唑(AZT)在水溶液中反应,制备得到一种新颖的锰配合物[Mn(AZT)2(H2O)4](HTNR)2·4H2O.通过元素分析和红外光谱对配合物进行了表征,用X射线单晶衍射分析确定其晶体结构.该配合物为三斜晶系,空间群为P1,中心锰(Ⅱ)离子为六配位的畸变的八面体结构,分子内和分子间强烈的氢键作用构成了有序的三维(3D)网状结构.采用差示扫描量热(DSC)和热重-微分热重(TG-DTG)分析技术研究了配合物的热分解特性,并预测了它的热分解反应机理.利用Kissinger方法和Ozawa-Doyle方法研究了其第一放热分解峰的分解动力学过程.其分解过程包括一个吸热峰和三个放热峰,在600℃的分解产物为MnO和MnO2的混合物.同时.对这个配合物进行了感度(撞击感度、火焰感度、摩擦感度)性能分析,结果表明,它对外界刺激具有很强的响应性和选择性.