活性材料由两种或以上固体非爆性材料组成,如金属与金属、金属与金属氧化物、金属与高分子混合物等,在点火或受到足够强的冲击加载时发生剧烈化学反应。这类含能材料通常具有很高的能量密度和反应温度,而且还有较高的力学强度,在民用和军事领域都有广泛的应用。冲击压缩实验表明,微米和/或纳米级活性金属粉末混合物在一定条件下能发生超快速化学反应。然而这种反应受到诸多因素的影响,如冲击条件、组分分布、颗粒尺寸和形貌等等。由于当前实时诊断技术的限制,这种快速发生混合的化学反应机制目前尚未完全清楚。本工作选取一个典型的活性金属颗粒混合物体系（Ni+Al）,并利用分子动力学模拟方法,模拟冲击波在颗粒混合物中传播,以探寻其在不同条件下的形变、混合和反应机理。本工作先构建类似NaCl晶体结构的Ni+Al球形纳米颗粒混合物堆积模型（约60%TMD（理论最大密度））。然后研究在不同的活塞速度下,从颗粒级别到原子级的变形和反应特性。模拟结果表明,冲击诱导化学反应发生于非平衡过程中,伴随着温度的急剧上升和原子的快速混合。冲击波前沿处优先变形的Al颗粒相对于Ni形成高速射流,并撞击Ni颗粒,且在界面处Ni和Al原子的混合就立即发生。冲击波阵面附近出现的粒子速度分散对引发冲击诱导化学反应具有重要作用。位错主要在颗粒变形开始时或在冲击前沿附近产生,并不直接影响冲击诱导化学反应的发生。冲击后熔融Al和非晶Ni紧密接触,这对于随后的Ni和Al原子的迅速混合和反应是非常关键的。冲击诱导化学反应机制涉及到冲击阵面附近的机械化学过程和随后冲击区的相互扩散过程。本文还研究了具有不同颗粒排列方式以及密度的Ni+Al纳米颗粒混合物系统的冲击响应。粉末体系的构建基于五种典型晶体结构,即闪锌矿（zinc-blende）,NaCl,CsCl,AuCu和密堆积（close-packed）结构。不同的颗粒配位数或堆积方式导致体系密度的不同（配位数从4到12,相应地得到构型的理论最大密度为40%-91%）。冲击模拟结果表明颗粒配位数和体系密度极大影响含能粉末材料的形变和反应。相同活塞速度的加载下,观察到冲击波速度,塑性变形,温度响应,化学和微观结构变化对颗粒堆积和密度有显著的依赖性,但是在相同密度下对堆叠模式的依赖性则相对较弱。同时还提出一个反应动力学模型描述动态加载下超快速混合和反应行为。该模型可评估机械化学效应的影响程度以及后续相互扩散的快慢。现实中出于力学性能的考虑,不少应用上需要高密度的活性材料,通常为接近完全致密状态。模拟研究中仿照多晶体构建方法建立了接近完全致密的Ni+Al的晶粒混合物。冲击活塞速度范围为0.6-3.0 km/s。在中低强度冲击下,冲击前沿处也同样存在粒子速度分散现象,且随冲击强度增加而增大。位移的改变和塑性形变主要出现在冲击上升阶段,发生在晶粒界面或晶粒间结点处。塑性变形剧烈的区域通常温度也较高,热点易于形成。相比于含一定孔隙率的颗粒混合物,近完全致密体系具有更好的强度以及较低的反应敏感性。当Up≥2.5 km/s时,由于冲击引起Al的优先熔化并形成流体状塑性流,粒子速度分散区域有从冲击前沿向冲击区扩展的趋势,在冲击区存在非均匀速度场。这可引起局域剪切和侵蚀,加速原子间的混合和反应,还可能在局部形成微型涡旋。冲击引起某一组分的优先熔化也能引发机械化学行为,在超快速化学反应中发挥重要作用。