卵形钢弹对铝合金靶板侵彻问题的数值模拟

 基于球形空穴膨胀理论（SCE）,采用ABAQUS有限元商业软件并结合其子程序的二次开发功能对钢弹侵彻金属靶进行3D有限元数值模拟。根据空穴膨胀理论,靶体对侵彻弹体的影响可以用一个作用在弹体表面的力函数代替,这样在进行数值模拟时就无须划分靶体网格,也避免了复杂的接触问题,从而使模拟大大简化。模拟所用卵形弹为VAR 4340钢弹,靶体为6061-T6511铝合金。模拟过程中考虑到弹体的可变形性和入射时的微小偏航角等实际情况,并且考虑到了弹身在运动过程中和靶体的接触分离效应。所得模拟结果与文献中的实验结果进行了比较,发现模拟结果与实验结果吻合得很好,并得到了一些有意义的推论。     

蒽醌及其羟基衍生物的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 在B3LYP/6-31G*水平上, 对蒽醌及其羟基取代衍生物进行理论计算. 几何全优化的结果表明, 标题化合物均取平面构型, 分子内氢键对几何构型和电子结构影响很大. 基于简谐振动分析求得IR谱频率和强度, 并作了对称性分类和指认, 计算值与实验值良好相符. 运用含时密度泛函理论方法在相同水平上计算了标题物的电子吸收光谱, 发现蒽醌芳环取代衍生物的最低激发单重态均源自HOMO-LUMO(π→π*)跃迁. 基于振动分析, 由统计热力学求得了标题物的热力学性质.     

含能材料的密度、爆速、爆压和静电感度的理论研究

用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法, 在6-31G*基组水平下, 全优化计算了系列硝胺类和硝基芳烃类爆炸物的几何构型, 用Monte-Carlo方法和自编程序, 基于0.001 e•bohr^－3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积(V)和理论密度(ρ). 用Kamlet-Jacobs方程基于理论密度(ρ)和PM3计算生成焓(ΔH_f)估算标题物的爆速(D)和爆压(p), 发现多环硝胺类化合物的爆轰性能优于芳烃硝基类化合物, 故此, 在寻求高能量密度材料(HEDM)时, 我们应特别关注多环硝胺化合物. 与ρ和D文献值比较, 表明本理论计算方法和结果是适用可靠的. 将爆速(D)和爆压(p)计算值与静电感度实验值(E_ES)进行比较和关联, 发现: 若对化合物进行细致分类讨论, 则它们之间存在较好的线性关系. 据此建议, 在含能材料分子设计中, 可通过理论计算爆轰性质(D或p)去预估难以定量求得或尚未合成的含能材料的静电火花感度值(E_ES). 此外, 我们还讨论了取代基对ρ, D和p的影响, 也有助于分子设计.     

TATB二聚体分子间作用力及其气相几何构型研究

采用对称性匹配微扰理论(SAPT)定量地求得TATB分子间的静电、交换排斥、诱导和色散等分子间作用能项, 从理论上揭示了TATB分子间作用本质; 在此基础上, 阐明了密度泛函在研究TATB二聚体时的适合性问题. 结果表明: (1)在有分子间氢键的TATB二聚体中, 库仑力足以与交换排斥力相抗衡, 起主导作用. (2)含分子间氢键的气相TATB二聚体的合理几何构型为平面型结构, 此结构的产生与色散力无关, 因此不管泛函是否含有近程色散作用, 均应预测到这种强极性的平面型结构. (3)在无分子间氢键的TATB二聚体中, 库仑力难以与交换排斥力相抗衡, 色散作用起到了关键作用; (4)在这种情况下, 未含有近程色散作用的密度泛函不可能给出合理构型. 恰好相反, 含有近程色散作用的密度泛函PBE0却能正确地预测到具有“平行重叠”结构且呈微弱极性的TATB二聚体, 色散力是导致这种构型产生的根本原因. “平行重叠”TATB二聚体是典型的色散体系, 其色散力占绝对主导地位并极有可能起源于两个TATB分子上π电子的相互作用. (5)对于所有TATB二聚体, 色散力或很显著或起主导作用. 由于密度泛函或未含有近程色散, 或只能部分地把近程色散表达出来, 这样使得当前所有密度泛函不可能精确求得这些二聚体的作用能.     

HMX/TATB复合材料弹性性能的MD模拟

用分子动力学(MD)方法COMPASS力场, 分别在正则系综(NVT)和等温等压系综(NPT)下, 模拟计算了著名常用高能炸药HMX(环四甲撑四硝胺)与著名钝感炸药TATB (1,3,5-三氨基-2,4,6三硝基苯)所构成的混合体系在室温时的弹性性能和结合能. 结果表明, 在NVT和NPT两种系综下模拟所得结果呈平行一致的趋势; 与纯HMX相比, HMX/TATB复合材料的拉伸模量、体模量和剪切模量均有所下降; 在NVT系综下, 还完成了HMX/TATB混合体系的不同温度的MD模拟. 发现当温度在245～345 K范围时, 体系的刚性和弹性变化很小; 但当温度达到395 K时, 材料的刚性减弱, 柔性增强.     

硝基芳烃对圆腹雅罗鱼毒性的DFT研究

对30种硝基芳烃化合物进行DFT-B3LYP/6-311G**水平全优化计算, 据所得量子化学参数分类建立了硝基苯类和硝基苯胺类化合物对圆腹雅罗鱼急性毒性(－lgEC₅₀)的定量构效关系(QSARs)模型. 结果表明, 硝基苯类化合物的毒性主要由硝基基团的电荷(Q_-NO2)和前线轨道能级差(ΔE)决定; 硝基苯胺类化合物的毒性则由分子最低未占轨道能级(E_LUMO)和ΔE决定. 苯环上取代基的类型、数目和取代位置直接影响到标题化合物的毒性大小, 强吸电子基如硝基会降低Q_-NO2和E_LUMO大小, 使化合物毒性增强, 且邻对位硝基取代的毒性高于间位取代; 相反, 给电子基团氨基的存在则会使化合物的毒性降低. 总之, 硝基是这两类化合物致毒的主要基团, 将硝基包覆或还原为氨基应为此类化合物解毒的重要途径. 最后以1,4-二硝基苯为例, 模拟了其活性亚硝基中间产物与蛋白质中还原性巯基间的反应, 并将其与硝基苯和1,3-硝基苯的反应活化能进行了比较, 讨论了不同取代基数目和位置对分子活性的影响, 结果与QSAR模型分析一致, 进一步验证了硝基芳烃化合物的致毒历程, 研究结果对品优高能炸药的分子设计也有助益.     

CL-20/TNT共晶炸药的分子动力学研究

运用分子动力学(MD)方法,选择凝聚态分子势能优化力场(COMPASS),对六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、2,4,6-三硝基甲苯(TNT)晶体及其等摩尔比的CL-20/TNT混合炸药和共晶炸药进行不同温度下恒定粒子数等压等温(NPT)系综模拟研究.结果表明,CL-20/TNT共晶的内聚能密度(CED)和结合能随温度的升高逐渐减小;共晶的CED比混合炸药的大,结合能是混合炸药的2倍多,预示其稳定性明显增强.对相关函数和局部放大结构显示共晶中组分分子间作用主要来自TNT中H和CL-20中O以及CL-20中H和TNT中O之间形成的氢键.通过波动法求得的弹性力学性能结果表明,CL-20/TNT共晶的拉伸模量(E)、体积模量(K)和剪切模量(G)介于ε-CL-20和TNT晶体之间,且随温度的升高而下降,符合一般预期;但共晶炸药的柯西压(C12-C44,Cij弹性系数)、K/G和泊松比(ν)均比其组分炸药ε-CL-20和TNT高得多,预示该共晶具有异常高的延展性和弹性伸长,主要是二组分呈层状交替排列且之间存在较强相互作用所致.     

PETN基PBX结合能和力学性能的理论研究

PETN(季戊四醇四硝酸酯)是著名的硝酸酯类猛炸药,用量子力学(QM)、分子力学(MM)和分子动力学(MD)方法,计算模拟其与高聚物组成的PBX(高聚物粘结炸药)的结合能和力学性能.以AM1-MO法和MM方法取PETN与系列高聚物的尺寸匹配原子簇模型,经几何全优化计算,发现两种方法求得的结合能彼此线性相关.对PETN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,求得其弹性系数、拉伸模量、体模量、剪切模量和泊松比,发现添加少量高聚物确能有效改善炸药的力学性能.     

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固体与表面吸附水的相互作用研究

TATB（1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯）是最著名的耐热钝感炸药；水在 TATB表面的吸附作用研究具有理论和实用双重意义。在B3LYP/6-31G~（**）水平上 ，在对TATB晶体（001）表面作周期性计算的基础上经基组叠加误差（BSSE）校正 ，求得TATB的表面能为-19.90 kJ·mol~(-1)，与实验值良好相符；首次求得水在 TATB（001）面的吸附能为-10.25kJ·mol~(-1)；重点讨论了吸附前后能带和电子 结构的变化。