CL-20/TNT共晶与叠氮类含能粘结剂复合体系的多尺度动力学模拟研究

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本文运用分子动力学(MD)与耗散粒子动力学(DPD)两种计算模拟方法,研究了CL-20/TNT共晶与叠氮类含能粘结剂及其复合体系的结构与性能。具体内容如下:(1)计算了CL-20/TNT共晶晶体的导热系数,运用了基于傅立叶定律的非平衡态MD方法,建立了CL-20/TNT共晶一维传热模型,得到了1 atm、298 K下CL-20/TNT共晶处于稳态传热时的导热系数3.54 W·m-1·K-1。(2)对CL-20/TNT共晶晶体熔点进行了计算研究,运用比容和自由能两种计算模拟方法预测CL-20/TNT共晶的熔点。在比容模拟中,考虑了模拟时间与升温步长两种因素对CL-20/TNT共晶熔点预测的影响。在进行了平衡态MD模拟后,得出在不同模拟时间与升温步长的条件下熔点预测值为449 K(模拟时间1 ns,升温步长25 K),447 K(模拟时间5 ns,升温步长25 K),429 K(模拟时间1 ns,升温步长15 K)与428 K(模拟时间5 ns,升温步长15 K)。与实验值409 K相比,所有预测值的误差均在熔点分子动力学模拟可接受的范围之内。在比较了模拟时间与升温步长两种因素对CL-20/TNT共晶熔点预测的影响后,发现升温步长对熔点预测的影响较模拟时间更加显著。在自由能MD模拟方法中,考虑了升温步长对CL-20/TNT共晶的预测熔点的影响,在完成CL-20/TNT自由能计算后,得出在不同升温步长的条件下熔点预测值为426 K(模拟时间1 ns,升温步长25 K)与417 K(模拟时间1 ns,升温步长15 K)。与实验值409 K相比,所有预测值的误差均在熔点分子动力学模拟可接受的范围之内。在比较了比容法与自由能法后,得出自由能法是一种更优的预测熔点手段。(3)运用DPD方法,模拟研究CL-20/TNT共晶与叠氮类含能粘结剂复合体系的结构,研究了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和3-叠氮甲基-3-甲基氧杂环丁烷(AMMO)与3,3-偕叠氮甲基氧杂环丁烷(BAMO)嵌段共聚物Poly(AMMO/BAMO)与CL-20/TNT共混体系的结构。比较了两种共混体系(CL-20/TNT)/GAP与(Cl-20/TNT)/Poly(AMMO/BAMO)的结构,在两个体系中均出现由高分子形成的球状胶束结构。在(Cl-20/TNT)/Poly(AMMO/BAMO)体系中胶束的体积小于(CL-20/TNT)/GAP,胶束的数量大于(CL-20/TNT)/GAP,得出Poly(AMMO/BAMO)与CL-20/TNT共晶的相容性优于GAP。
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