冲击波加载下TNT的初始反应路径及产物光谱特征研究

本文首先通过量子分子动力学方法结合多尺度冲击技术研究固相TNT晶体在冲击波加载下的初始分解反应路径及其产物组分变化.通过综合分析键长变化、电子布居和中间产物的存在寿命三个要素给出了不同冲击波速(3-15 km/s)下2类可能的初始分解路径:在低速冲击下(≤7 km/s),TNT发生部分分解和聚合,分解主要源于C-NO₂键的断裂,初始分解产物以NO₂为主;在高速冲击下(≥9 km/s)则发生完全分解,分解主要始于六元环的形成,即NO₂基团上的O与相邻CH₃基团上的H相结合,然后六元环被打破,生成了OH自由基,初始分解产物以CN、CO、C₂和OH为主.另外,根据模拟数据我们从理论上给出了TNT(ρ₀=1.7 g/cm~3)冲击Hugoniot关系为U_s=3.377+1.363 u.随后以分子光谱理论为基础,采用含时密度泛函理论获取这些主要分解产物的紫外可见吸收谱、荧光发射谱及振动分辨的荧光发射谱.此项研究有助于我们深入认识TNT高温高压状...     

碳纤维/环氧树脂复合材料3.0～6.5 km/s超高速撞击成坑特性研究

为研究碳纤维/环氧树脂复合材料在超高速撞击下的成坑特性,利用二级轻气炮开展了直径为1.00~3.05 mm的铝球以3.0~6.5 km/s的速度正撞击尺寸为100 mm×100 mm×20 mm的碳纤维/环氧树脂复合材料靶板的实验,获得了碳纤维/环氧复合材料靶板的成坑形貌特征,并测量了坑深、成坑表面积、表面损伤面积等尺寸。结合文献数据分析了靶板的无量纲成坑深度p/d_p、无量纲坑径系数D_h/d_p、表面损伤面积等效直径D_e等随撞击速度、撞击能量的变化规律。结果表明:碳纤维/环氧树脂复合材料的无量纲成坑深度p/d_p和无量纲坑径系数D_h/d_p均与撞击速度呈2/3次幂关系;表面损伤面积等效直径D_e与弹丸撞击能量E呈幂函数关系;成坑深度大于成坑半径。     

后墙拆分结构防护性能的实验和计算对比研究

为验证利用后墙拆分方式提升防护结构性能的可行性,通过开展数值模拟（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度5.0～8.3 km/s）和超高速撞击实验（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度约8.3 km/s）,研究了3种防护结构的性能差异以及不同撞击速度对结构防护性能的影响。防护结构主要包括Whipple结构和两种后墙拆分结构。针对直径6.0 mm铝弹丸分别以5.0、6.0、7.0、8.3 km/s的速度撞击防护结构的工况,借助Autodyn软件开展了数值模拟,并将模拟结果与在弹道靶设备上获得的超高速撞击实验结果进行了对比。模拟结果与实验结果均表明,在相同撞击状态下两种后墙拆分结构的防护性能有所差异,但均优于相同面密度的Whipple结构,且随着撞击速度的提高,这种优势具有增大的趋势。     

CL-20/HMX共晶冲击起爆模拟

采用非平衡分子动力学方法模拟了CL-20/HMX共晶炸药冲击压缩和化学反应行为，获得了密度以及粒子速度的时空分布、冲击雨贡纽、冲击起爆压力、爆轰压力等数据，以及主要中间产物和稳定产物分布。模拟结果显示，共晶的初始分解路径是CL-20中N—NO₂键断裂，主要稳定产物是N₂、CO₂和H₂O。CL-20和HMX的分解速率随着冲击波速度的增加而增加，并且逐渐接近，但各冲击条件下CL-20分子的衰减速率均大于HMX。     

掺溴非晶碳梯度薄膜的制备与分析

 采用低压等离子增强化学气相沉积法用溴乙烷、氢气制备了掺溴的非晶碳梯度薄膜。通过样品的XPS能谱分析研究了薄膜沉积速率与氢气流量、溴元素原子分数与溴乙烷流量以及溴元素原子分数与刻蚀时间之间的关系，得出了溴乙烷流量、刻蚀时间对薄膜的主要键态含量、C元素sp²/sp³键态杂化比和薄膜硬度的影响。结果表明：薄膜沉积速率随氢气流量的增加而线性减小，溴元素含量随溴乙烷流量的增加先增加后降低，刻蚀时间越长，溴乙烷流量越小，薄膜越硬     

定常冲击波作用下六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/奥克托今(HMX)含能共晶初始分解机理研究

采用ReaxFF分子动力学方法同时结合多尺度冲击技术(MSST)模拟了4–10 km×s~(-1)定常冲击波加载下含能共晶CL-20/HMX沿不同晶格矢量的初始物理化学响应。获得了系统温度、压力、密度以及粒子速度的时间演化路径,以及初始分解路径,最终稳定反应产物和冲击雨贡纽等。研究结果表明:冲击波入射至含能共晶后,物理上依次经历诱导期、快压缩、慢压缩以及膨胀过程。快压缩和慢压缩过程分别对应反应物的快分解和慢分解。采用指数函数对反应物的衰减曲线进行拟合,并比较了共晶中反应物的衰减速率。整体上,随着冲击波速度的增加,反应物响应的时间逐渐提前,并且,冲击波沿各晶格矢量入射后,共晶中CL-20分子分解的响应时间均早于HMX。CL-20快分解阶段的衰减速率最高,HMX快分解的衰减速率居其次。相对于快分解阶段,慢分解阶段各反应物的衰减速率差异较小。含能共晶的初始反应路径是CL-20聚合形成二聚体,而冲击诱导共晶分解的初始反应路径是CL-20中N-NO_2键断裂形成NO_2。随后产生N_2O,NO,HONO,OH,H等中间小分子。最终稳定产物是N_2,H_2O,CO_2,CO和H_2。晶格矢量b,c方向冲击感度相同,低于晶格矢量a方向的感度。冲击诱导共晶中CL-20和HMX分解的最小冲击波速度(us)分别为6 km×s~(-1)和7 km×s~(-1)。采用冲击雨贡纽关系计算得到沿晶格矢量a,b,c冲击诱导CL-20/HMX共晶起爆的压力分别为16.52 GPa,17.41 GPa和17.41 GPa。爆轰压力范围介于36.75 GPa–47.43 GPa。