TATB基PBX结合能和力学性能的理论研究

以SCF-MO-AM1方法和MM-COMPASS力场, 对TATB (1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯)与系列高聚物组成的PBX(高聚物粘结炸药)尺寸匹配原子簇, 分别进行全优化几何构型计算, 发现两种方法求得的结合能存在良好的线性关系. 对TATB (3×3×4)超晶胞及其与系列氟聚物组成的双组分PBX, 实施COMPASS力场下的分子动力学(MD)周期性模拟计算, 首次求得其弹性系数、模量和泊松比, 发现添加少量高聚物即能有效改善炸药的力学性能.     

TATB基PBX结合能的分子动力学模拟

用分子动力学（MD）方法, 模拟计算了四种氟聚合物(聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、氟橡胶（F₂₃₁₁)、氟树脂(F₂₃₁₄))与TATB(1,3,5- 三氨基- 2,4,6- 三硝基苯)晶体的相互作用. 结果发现, 四种氟聚物与TATB的结合能大小排序为PVDF>F₂₃₁₁>F₂₃₁₄>PCTFE, 各氟聚物在TATB不同晶面上的结合能大小排序为(001)>(010)>(100), 结合能主要由分子间氢键决定.     

分子动力学模拟浓度和温度对TATB/PCTFE PBX力学性能的影响

为探讨高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive, PBX)的力学性能随温度和高聚物浓度而变化的规律, 用分子动力学(MD)方法和compass力场, 对著名高能炸药1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)与常用高聚物粘结剂聚三氟氯乙烯(PCTFE)所构成的TATB/PCTFE PBX进行模拟计算. 结果表明, 在一定范围内, 随高聚物浓度的增加, PBX的弹性系数和模量减小, 表明其刚性减小、弹性增加; 而随温度的升高, PBX的刚性减小、弹性增强. 还发现PBX的结合能随浓度增高而增大, 随温度升高而减小.     

HMX/F2311 NPT高聚物粘合炸药力学性能的NPT系综分子动力学模拟研究

本文用分子动力学模拟方法研究了以β型奥克托金(β-HMX)含能材料为基,以氟聚物F2311为粘合剂的高聚物粘合炸药(PBX)的力学性能。β-HMX晶体和以其为基的高聚物粘合炸药的弹性常数均由静态弹性常数分析法计算求得，而工程模量和泊松比则由Reuss平均法导出。根据柯西压和本体模量与剪切模量的比值，发现通过加入少量该种聚合物可有效地提高HMX晶体的延展性。     

HMX晶体和HMX/F2311 PBXs力学性能的MD模拟研究

用分子动力学方法, 在295 K NVT系综和COMPASS力场下, 对环四甲撑四硝胺(HMX)晶体和F₂₃₁₁沿HMX (001), (010)和(100)晶面所构成PBXs模型的力学性能进行模拟研究. 结果表明, 加入F₂₃₁₁降低了HMX的刚性, 增强了它的延展性. 在HMX (100)面上添加F₂₃₁₁对提高体系的延展性较显著. 为考察温度对力学性能的影响及其机理, 在245～445 K范围完成对HMX (100)/F₂₃₁₁ PBX的MD模拟. 力学分析表明, 随温度增加HMX (100)/F₂₃₁₁的延展性呈抛物线变化规律, 归因于F₂₃₁₁分子链的运动及其构象随温度的变化.     

ε-CL-20基PBX结构和性能的分子动力学模拟——HEDM理论配方设计初探

以高能量密度化合物ε-CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)为主体,分别添加5种高聚物黏结剂(Estane5703、GAP、HTPB、PEG和F2314)构成高聚物黏结炸药(PBXs).用分子动力学(MD)方法模拟研究各PBX的结合能、相容性、安全性、力学性能和能量性质,通过比较和分析,为优选黏结剂、指导HEDMs配方设计提供信息和规律.由结合能预测各PBX的相容性和稳定性排序为:ε-CL-20/PEG>ε-CL-20/Estane5703≈ε-CL-20/GAP>ε-CL-20/HTPB>ε-CL-20/F2314.以对相关函数g(r)描述了组分之间相互作用的方式.5种黏结剂的少量加入均能显著改善ε-CL-20的弹性力学性能,增强各向同性.各黏结剂并非通过改变ε-CL-20的分子结构影响PBX的感度.它们主要通过自身的热容(C°p)和密度(ρ)影响PBX的安全性和能量性质.     

TATB/氟聚物PBX沿不同晶面力学性能的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法, 模拟计算了著名钝感炸药TATB(1, 3, 5-三氨基-2, 4, 6-三硝基苯)与四种氟聚合物[聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、氟橡胶(F₂₃₁₁)、氟树脂(F₂₃₁₄)]构成的高聚物粘结炸药(PBX)的力学性能. 结果表明, 在TATB中添加少量氟聚物能有效改善其力学性能; 沿TATB不同晶面与氟聚物“粘结”, 构成PBX的力学性能有所不同, 改善力学性能的整体效应为(010)≈(100)>(001).     

HMX和HMX/HTPB PBX的晶体缺陷理论研究

建立空位和掺杂点缺陷模型, 用分子动力学(MD)方法, 研究晶体缺陷对β-环四亚甲基硝胺(HMX)和β-HMX/HTPB(端羟基聚丁二烯)高聚物粘结炸药(PBX)的力学性能和爆炸性能的影响. 结果表明, 相对于HMX“完美”晶体(1)考察缺陷晶体(2和3), 以及相对于HMX完美晶体基PBX(1)考察缺陷PBX 2和PBX 3, 均发现弹性系数和(拉伸、体积、剪切)模量下降, 导致体系刚性减弱, 延展性和韧性增强. 这与在基炸药HMX晶体(1, 2和3)中分别加入HTPB高聚物粘结剂形成PBX 1, PBX 2和PBX 3呈现类似的相应的变化趋势和效果. 此外, 研究表明, 爆炸性质也依赖于体系的组成和结构. 因加入的是低能高聚物, 故PBX(1), PBX(2)和PBX(3)的爆热、爆速和爆压均比相应的基炸药(1, 2和3)低, 即晶体(1)＞PBX(1), 晶体(2)＞PBX(2), 晶体(3)＞PBX(3). PBX(1), PBX(2), PBX(3)与对应基炸药(1, 2, 3)的爆速和爆压取相同变化次序, 亦即PBX(1)＞PBX(2)＞PBX(3)对应于晶体(1)＞晶体(2)＞晶体(3). 这些计算结果和规律对PBX配方设计显然具有指导作用.     

四组分高能体系结合能和力学性能的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法模拟研究了下列4种四组分高能混合体系的结合能和力学性能: 聚叠氮缩水甘油醚(GAP)/硝化甘油(NG)/1,2,4-丁三醇硝酸酯(BTTN)/二硝基偶氮氧化二呋咱(DNOAF)、GAP/ NG/ BTTN/三氢化铝(AlH₃)、聚乙二醇(PEG)/NG/BTTN/DNOAF和PEG/NG/BTTN/AlH₃. 结果表明, 在三组分粘合剂中加进DNOAF和AlH₃, 结合能均较大, 依次为45.35, 56.02, 48.75和65.96 kJ/kg, 预示体系稳定性和相容性均较好. 组分间的相互作用主要是非键力, 且含AlH₃体系的静电力更大, 其余体系以van der Waals力较大. 静态力学分析表明, 在4种混合体系中, PEG/NG/BTTN/AlH₃的拉伸模量、体模量(K)、剪切模量(G)、K/G 和柯西压(C₁₂－C₄₄)值均较大, 预示该体系的刚性、塑性和延展性均较好, 这可能与PEG的醚O和AlH₃的缺电子桥键之间存在特殊的配位键作用有关.     

CL-20/HMX共晶及其为基PBX界面作用和力学性能的MD模拟研究

为提高共晶炸药的实际使用价值, 改善其安全性和力学性能, 以CL-20/HMX共晶炸药为基, 分别添加2种高聚物粘结剂Estane 5703(聚氨基甲酸乙酯)和HTPB(端羟基聚丁二烯), 共构建两种共晶基高聚物粘结炸药(PBX)模型, 进行细致的295 K NPT分子动力学(MD)模拟研究. 通过两种PBX模型及其与该共晶炸药的MD模拟结果比较表明, 与基炸药之间的结合能Estane 5703大于HTPB, 预示含少量Estane 5703的PBX稳定性和相容性更佳; 对相关函数g(r)揭示粘结剂与基炸药界面相互作用的方式, 以基炸药中H分别与Estane 5703中羰基O和HTPB中端羟基O之间的氢键较强. 与CL-20/HMX共晶炸药相比, 少量粘结剂Estane 5703或HTPB的加入, 使弹性系数C_ij下降, 拉伸模量(E)、体积模量(K)和剪切模量(G)均显著减小, 而泊松比(ν), 柯西压(C₁₂－C₄₄)和K/G值明显增大, 表明PBXs体系刚性减小, 延展性增强, 力学性能大为改善. 少量粘结剂包覆使PBXs致钝, 主要归因于其隔热、吸热并使体系变“软”的缓冲作用, 而界面作用造成的分子结构引发键键长变化变为次要因素.     

TATB/氟聚物PBX力学性能、结合能和爆炸性能的模拟计算

Molecular dynamics （MD） method was used to simulate 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene （TATB） coated with fluorine containing polymers. The mechanical properties and binding energies of PBXs were obtained. It was found that when the number of chain monomers of fluorine containing polymers was the same, the elasticity of TATB/F2314 was increased more greatly than others and the binding energy of TATB/F2311 was the largest among four PBXs. Detonation heat and velocity of such four PBXs were calculated according to theoretical and empirical formulas. The results show that the order of detonation heat is TATB〉TATB/PVDF〉TATB/F2311〉TATB/ F2314 〉 TATB/PCTFE while the order of detonation velocity is TATB/PVDF 〈 TATB/F2311 〈 TATB/F2314 〈 TATB/PCTFE 〈TATB.     

RDX基PBX的模型、结构、能量及其与感度关系的分子动力学研究

以RDX（环三亚甲基三硝胺）为基、PS（聚苯乙烯）为粘结剂构成PBX（高聚物粘结炸药）的MD（分子动力学）模拟初始模型.比较分别以1根46链节和2根23链节PS置于RDX（001）晶面上的两种（PBX1和PBX2）模型下的MD模拟结果,发现二者的结构、相互作用能和力学性能均很接近.取PBX2进行5种温度（195,245,295,345和395 K）下的NPT系综、MD模拟系统研究,发现随温度依次升高,各体系中RDX引发键N NO2键的最大键长（Lmax）递增,N–N键连的N与N之间的双原子作用能（EN-N）和内聚能密度（CED）递减,与感度随温度升高而增大的实验事实相一致.综合已有工作,对高能复合材料（如PBX和固体推进剂等）的感度理论研究,建议关注其中易爆燃组分在外界刺激下的结构和能量变化,其引发键Lmax和作为引发键强度度量的双原子作用能（如EN-N）,可作为热和撞击感度相对大小的理论判据.     

Selection of solvent for the mechanical activation process: A molecular dynamics simulation and experiment study

Herein, molecular dynamics simulations and experiments were carried to select solvent for the mechanical activation process. The interaction between solvent and each component of the Al‐PTFE mechanical activated energy composites has been studied by means of molecular dynamics. Then, the status of Al and PTFE in solvent was analyzed, and the microstructure of the composite was also studied combined with experiment. At last, the mechanical activated energy composites were prepared with n‐hexane as the solvent. The results show that the adsorption of PTFE, toluene, and hexane on the (0 0 1), (0 1 0), and (100) surface of Al₂O₃ is stable. Al₂O₃ (0 0 1) surface and Al₂O₃ (0 1 0) surface interact with 3 substances mainly via the electrostatic force. Al₂O₃ (1 0 0) surface interacts with 3 substances mainly via the van der Waals force. The binding energies of toluene‐Al₂O₃ and hexane‐Al₂O₃ are larger than PTFE‐Al₂O₃. PTFE cannot adsorb on the surface of aluminum in the existence of n‐hexane and toluene. n‐Hexane can make PTFE disperse uniformly, and a considerable part of these PTFE will be coated on the surface of Al after n‐hexane is removed. The uniformity of Al/PTFE mechanical activated energetic composites prepared in n‐hexane is good, and it increases with the milling time.     

Calculation of ligand binding free energies from molecular dynamics simulations

A recently developed method for predicting binding affinities in ligand–receptor complexes, based on interaction energy averaging and conformational sampling by molecular dynamics simulation, is presented. Polar and nonpolar contributions to the binding free energy are approximated by a linear scaling of the corresponding terms in the average intermolecular interaction energy for the bound and free states of the ligand. While the method originally assumed the validity of electrostatic linear response, we show that incorporation of systematic deviations from linear response derived from free energy perturbation calculations enhances the accuracy of the approach. The method is applied to complexes of wild-type and mutant human dihydrofolate reductases with 2,4-diaminopteridine and 2,4-diaminoquinazoline inhibitors. It is shown that a binding energy accuracy of about 1 kcal/mol is attainable even for multiply ionized compounds, such as methotrexate, for which electrostatic interactions energies are very large. © 1998 John Wiley & Sons, Inc. Int J Quant Chem 69: 77–88, 1998