2013, 21(5):557-562. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.001
摘要:运用从头算分子动力学和多尺度冲击相结合的方法, 对三类典型炸药晶体奥克托今(HMX)、1, 3, 5-三氨基2, 4, 6-三硝基苯(TATB)和太安(PETN)实施冲击加载下的模拟研究。结果表明, HMX中的N—O键、TATB中的N—O键以及PETN中的C—O键优先断裂。随着时间推移, 他们体系中电子离域性增加; 价带和导带间的带隙逐渐减小; 接着开始出现金属态并不断变多。在冲击加载下, TATB、HMX和PETN晶体引发断裂化学键所需时间依次减小的顺序, 恰与它们冲击波感度依次增大的实验顺序相一致。这表明,它们的结构和引发分解机理与冲击波感度之间有规律性联系。
2013, 21(5):563-569. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.002
摘要:为从理论上寻求典型硝酸酯炸药太安(PETN)晶体的感度判据和力学性能, 在NPT系综下, 用COMPASS力场对PETN(4×3×4)超晶胞和沿其(100)晶面切割的两种模型, 实施了5个温度(195, 245, 295, 345, 395 K)的周期性分子动力学(MD)模拟。结果表明, 随温度升高, 它们的引发键O—NO2的最大键长(Lmax)递增, 引发键连双原子作用能(EO-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。Lmax、EO-N和CED在一定条件下, 确可用作高能物质热和撞击感度相对大小的理论判据。随温度升高, 弹性系数与弹性模量递减, 刚性减小, 柔性递增, 符合实验事实, 表明, 以切割分面模型进行MD模拟能获得较符合实际的确定结果。
2013, 21(5):570-577. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.003
摘要:采用密度泛函理论B3LYP/6-31G*方法研究了季戊四醇的五个结构相似的硝酸酯基(—ONO2)和叠氮基(—N3)衍生物, 包括四叠氮基季戊烷(TAPE)、三叠氮基季戊醇硝酸酯(PTAN)、二叠氮基季戊二醇二硝酸酯(PDADN)、叠氮基季戊三醇三硝酸酯(PATN)和季戊四醇四硝酸酯(PETN)。优化了分子几何构型。进行了振动分析。估算了密度、生成热、热力学函数、爆轰性能和比冲。计算了可能的热解引发键的键离解能(EBD)和氢转移反应的活化能(Ea)。结果表明, 与PTAN、PDADN、PATN和PETN比较, TAPE的生成热最大, 比冲与PETN相当。PATN的爆轰性能和稳定性与PETN接近, 优于其它衍生物, 包括PDADN。含—N3的TAPE的热解由氢转移导致—N3热裂解放出N2引发, 其Ea为130.57 kJ·mol-1。含—ONO2的其它衍生物的热裂解均由O—NO2键断裂开始, EBD为130.91~137.45 kJ·mol-1。这些能量值满足高能化合物的稳定性指标要求。
2013, 21(5):578-582. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.004
摘要:用缓慢蒸发法制备了新型绿色起爆药硝氨基四唑钙(Ⅱ)五水化合物[Ca(NATZ)(H2O)5]的单晶。用X射线衍射仪表征其单晶结构。该晶体属三斜晶系,空间群为P1,晶胞参数为: a=0.64803(13) nm,b=0.74328(16) nm,c=1.0348(2) nm,α=74.482(8)°,β=72.487(9)°,γ=74.755(9)°,V=0.44888(16) nm3,Z=4,Dc=2.050 g·cm-3。根据Ca(NATZ)(H2O)5的结构特征研究了它的分解机理。运用Gaussian 03程序,用HF6-311G和B3LYP6-311G方法对Ca(NATZ)(H2O)5进行了全优化几何构型和轨道能量分析。所得结果与前人实验研究结果一致:热稳定性差,且热分解失重主要为两个阶段。
2013, 21(5):583-588. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.005
摘要:用BFDH (Bravais-Friedel-Donnary-Harker)和AE(Attachment Energy)模型预测了α晶形黑索今(α-RDX)的晶体形貌。结果表明, 形态学上重要生长面是: (111),(020),(002),(200)和(210)面, 其中(111)面是最重要的生长面。RDX晶体重要生长面结构分析表明, (210), (002), (200)和(111)是极性晶面, 而(020)是非极性晶面, 其中(210)晶面极性最强。根据晶面极性预测在极性溶剂中, (210)面将成为RDX晶体形态上重要生长面, (111)面的重要性降低, 而(020)面将会在晶体生长过程中逐渐消失。丙酮溶剂重结晶RDX实验表明, RDX晶体形貌上最终显露的生长面是: (210), (111), (002)和(200)面, 而(020)面已消失。
2013, 21(5):589-593. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.006
摘要:采用分子动力学模拟研究了温度对奥克托今(HMX)在二甲亚砜(DMSO)溶剂中结晶的影响。计算了278~378 K温度范围内DMSO和HMX的扩散系数、HMX与DMSO分子间结合能。模拟了298 K下HMX在DMSO溶液中的成核过程。结果表明, HMX与DMSO分子间相互作用主要为范德华力与静电力。358 K时二者的结合能最小为20246 kJ·mol-1, 此时HMX分子最易成核,成核导致HMX的扩散系数下降。
王晓 , 姚大虎 , 白森虎 , 汪存东 , 赫玉欣 , 张玉清
2013, 21(5):594-598. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.007
摘要:为研究二异氰酸酯类型、温度、硝化甘油(NG)含量等因素对NG在聚氨酯弹性体内扩散性能的影响,用分子动力学方法,在COMPASS力场下对NG和聚氨酯弹性体混合体系进行了模拟。构建NG与不同聚氨酯弹性体的混合体系模型,并进行结构优化,先后进行恒温恒压系综(NPT)和恒温恒容系综(NVT)的分子动力学模拟,得到NG在混合体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程计算得到其扩散系数。结果表明: NG在聚氨酯弹性体内扩散系数的数量级为10-8 cm2·s-1,与实验数据一致; 扩散系数随聚氨酯弹性体链的柔顺性增加而上升; 随温度的不断升高,扩散系数先缓慢上升,当超过308 K后,扩散系数急剧增加。随NG含量的不断升高,扩散系数先缓慢下降,当超过14%后,扩散系数急剧下降。
2013, 21(5):599-603. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.008
摘要:用密度泛函方法, 计算研究1, 5-二氨基四唑(DAT)的电子结构及异构化反应机理。在B3LYP/6-311G水平下, 对涉及反应各驻点的几何结构、振动频率、自然键轨道、以及零点能(ZPE)进行了计算; 用内禀反应坐标理论(IRC)获得反应的最小能量路径(MEP), 在耦合簇理论的CCSD(T)方法下计算单点能得到了反应的最小势能曲线; 并且用传统过渡态理论(TST)、Eckart隧道校正理论(TST/Eckart)和变分过渡态理论(CVT), 计算了200~1000 K的反应速率常数。计算结果表明, DAT分子中的N(4)和N(9)易参与金属原子配位, 形成一系列以DAT为配体的配位化合物。异构化合成DAT反应为叠氮基关环机理, 气态情况下该反应为放热且自发反应, 反应活化能较低。
2013, 21(5):604-608. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.009
摘要:用VLWR程序预测不同种类炸药爆轰性能参数时用石墨、金刚石和类液态碳三套固态碳参数。用最小自由能原理确定爆轰产物平衡态组份。通过加入固态碳的相态的选择, 修改了原VLWR程序中固态碳的自由能计算。用修改后的VLWR程序计算了石墨、金刚石和类液态碳的Gibbs自由能。根据最小自由能原理, 从三种碳相中确定了炸药爆轰产物CJ点碳最有可能的相态, 计算了炸药的爆轰参数。用有碳相选择的VLWR程序计算了黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)和太安(PETN)等12种CHNO炸药的爆轰参数。结果表明:计算结果与实验值吻合较好。
王军 , 景梅 , 张晓玉 , 马卿 , 李金山 , 舒远杰
2013, 21(5):609-611. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.010
摘要:选取3, 4, 5-三硝基吡唑(TNP)为“母体”结构单元, 用爆炸基团如硝基、硝氨基、偶氮和氧化偶氮基等对其1位氮原子上的氢原子进行消除修饰, 构建一类新型多硝基吡唑类炸药分子。运用Brinkley-Wilson(B-W)法则, Rothsteine′s和Kamlet等方法对该类炸药的爆炸参数进行了计算, 并与RDX和HMX等炸药进行了比较。结果表明, 该类炸药密度大, 爆速为7.9~9.3 km·s-1, 爆压为29.0~42.0 GPa, 是一类新型高能量密度材料化合物, 该类炸药分子中含芳香吡唑环, 预测其分子稳定性良好。
2013, 21(5):616-623. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.012
摘要:用密度泛函理论(DFT)和极化连续介质模型(PCM)研究了7种溶剂对22种常见炸药分子的特征键键长、硝基电荷、偶极矩、溶剂化能及键离解能的影响。结果表明, 溶剂能极化炸药分子, 改变其电子结构, 影响其几何结构和能量。对介电常数为0~10.36的溶剂, 随溶剂极性增大, 炸药分子的特征键长及溶剂化能减少, 而硝基负电荷及偶极矩增加。
2013, 21(5):624-628. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.013
摘要:为研究装甲车辆在爆炸载荷下的动态响应,用AUTODYN软件对4340钢和橡胶构成的装甲车辆模型进行了三维模拟。计算了8701炸药不同装药量下的爆炸过程。得到了侧钢板上3个观测点的响应参数:超压、位移、加速度。分析了各观测点的动态响应规律。结果表明,离爆源位置越近或装药量越大,车辆的响应时间越早、节点振荡越激烈、振荡幅值越大、持续时间越短。
2013, 21(5):629-637. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.014
摘要:简介了量子化学、分子力学、分子动力学、耗散粒子动力学等常用计算机模拟方法,重点综述了采用这些方法研究单质炸药聚合体中、不同炸药分子间、炸药与其他组分间、添加改性组分间以及组分界面间等不同情形相互作用的进展,并展望了计算机模拟混合炸药分子间作用的发展方向,认为提高准确性和降低耗时、改进和发展分子力场以及实现多尺度模拟等将是今后研究的重点。
2013, 21(5):638-643. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.015
摘要:为提高不稳定化合物1-氨基-1-肼基-2, 2-二硝基乙烯(AHDNE)的稳定性, 进行了AHDNE的包合研究。通过紫外吸收光谱研究, 发现对叔丁基(对硝基)杯[n]芳烃(n=4, 6, 8)及β-(硝化)环糊精(β-CD和β-NCD)与AHDNE在溶液中存在包合作用。确定了包合物的化学计量比和稳定配合常数。结果表明, 包合比为1:1, 硝化后的主体分子与AHDNE的稳定配合常数比未硝化主体分子高数十倍。对硝基杯[6]芳烃和β-NCD与AHDNE的配合常数达2×104以上。主客体化合物、包合物和物理混合物的X-射线衍射分析证实包合物的形成。β-NCD/AHDNE包合物的感度低于AHDNE和β-NCD的感度。
2013, 21(5):644-648. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.016
摘要:用2, 4, 6-三氨基-3, 5-二硝基吡啶-1-氧化物(TANPyO)作配体, 合成了两种过渡金属[Ni(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)]配合物, 并用红外、元素分析、DSC、TG-DTG进行了表征。研究了两种配合物对高氯酸铵(AP)热分解的影响。按GJB772A-1997测试了TANPyO的感度。结果表明, 配合物的热分解过程仅由1个剧烈放热峰组成, 剩余残渣为金属氧化物。两种配合物使AP高温分解峰温度分别提前47.14 ℃和98.24 ℃, 分解速度加快, 放热量增加, 显示这两种配合物对AP热分解有良好的催化效果。撞击落高为300 cm, 摩擦感度和静电火花感度均为0, 表明TANPyO是一种非常钝感的含能材料。
2013, 21(5):649-652. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.017
摘要:为了研究炸药在加热前后的燃烧转爆轰特性变化, 设计了加热条件下燃烧转爆轰试验加载系统, 对Φ30 mm×400 mm的PBX-2炸药进行了试验。试验中采用热电偶测试装置壳体和炸药表面温度变化过程, 采用离子探针测量了燃烧转爆轰过程的传播时间和距离, 探讨了加热与未加热PBX-2炸药的燃烧转爆轰特性。结果表明, 与未加热相比, 加热至85 ℃时PBX-2炸药更难以发生燃烧转爆轰现象。
2013, 21(5):653-655. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.018
摘要:为研究TATB基高聚物粘结炸药(PBX)在高温下的爆轰性能, 采用标准隔板试验、电测法、ZWB253-2008标准方法和圆筒试验测试了其在25 ℃和75 ℃下的冲击波感度、爆速、爆压及比动能。结果表明, 与25 ℃相比, 75 ℃下TATB基PBX的冲击波感度和比动能增大, 爆速降低, 爆压无明显变化。
2013, 21(5):656-659. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.019
摘要:为了测量全预制破片在爆轰驱动下的长距离飞行速度,采用梳状靶测量实验方法测量了全预制钨合金破片的飞行速度。介绍了梳状靶测量实验方法原理,给出了典型的梳状靶信号。梳状靶测量实验方法测量的全预制钨合金破片的飞行速度与光幕靶实验方法和理论分析的破片飞行规律进行比较,结果表明,梳状靶实验方法可行,并与高精度的光幕靶测量结果一致。
2013, 21(5):664-667. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.021
摘要:为探究稀土元素用于发光类烟火药剂的可能性, 以稀土硝酸盐为氧化剂、镁粉为可燃剂、淀粉为粘合剂, 设计、制备了含Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb 7种稀土元素的烟火药剂。用瞬态分光辐射仪测定了各药剂的燃烧光谱。分析了各药剂的光谱分布。结果表明:药剂的负氧氧平衡越高, 特征光谱辐射强度越大。含不同稀土元素药剂的特征辐射光谱分布区间有相似性。含Eu元素药剂的光谱辐射分布在红光区。
2013, 21(5):668-674. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.022
摘要:硝基胍是一种钝感炸药, 有一定反应活性, 能与亲核试剂发生反应, 得到一系列硝基胍的衍生物, 包括N-甲基-N′-硝基胍(MeNQ)、3-氨基-1-硝基胍(ANG)、双(硝基甲脒)肼(HABNF)、1-(2, 2, 2-三硝基乙氨基)-2-硝基胍(TNEANG)、3, 5-二氨基-1-硝脒基-1, 2, 4-三唑(DANAT)、2-硝亚胺基-5-硝基-六氢化-1, 3, 5-三嗪(NNHT)、1, 2-二硝基胍(DNG)。这些衍生物属于含能材料, 部分已得到应用。本研究综述了这类含能硝基胍衍生物的合成方法。介绍了这些含能硝基胍衍生物中部分化合物的性能特征。
2013, 21(5):675-680. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.023
摘要:介绍了落锤冲击试验、空气炮试验、分离式霍普金森压杆试验和动态挤压物理仿真试验等在发射药动态力学性能研究中的应用状况, 综述了发射药动态力学性能的研究进展, 认为发射药粒的损伤模型、低温脆性、发射药撞击弹底时的力学分析以及发射药冲击破碎的数值仿真需进一步研究。
2013, 21(5):681-683. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.024
摘要:采用代表体积元建模方法, 建立了与实际高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive, PBX)细观结构高度相近、能反映炸药颗粒和微孔隙随机分布、可以任意调整填充率和孔隙率的有限元计算模型, 并计算分析了孔隙率对PBX热导率的影响。结果表明, 随着孔隙率增大, PBX的有效热导率呈指数减小。
2013, 21(5):684-687. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.025
摘要:以硝化棉作为原料, 选择碳系导电填料, 通过液相共混复合法, 制备了抗静电硝化棉薄膜。用高阻计和静电感度测试仪、电子万能试验机及场发射扫描电子显微镜分别表征了抗静电硝化棉薄膜的抗静电性能、力学性能以及微观形貌。结果表明, 当添加1%的碳系导电填料时, 抗静电硝化棉薄膜的表面电阻率和体积电阻率分别为: 2.2×109 Ω和7.5×109 Ω·m, 相比纯硝化棉, 分别降低了6个数量级和3个数量级。其静电火花感度为2.31 J, 相比纯硝化棉, 增大了14%, 显示最佳抗静电性能。力学性能参数有所提高, 说明导电填料的加入, 不会削弱硝化棉本身的力学性能。制品内部形成的均匀导电网络会使静电荷消散。
张敏 , 葛忠学 , 毕福强 , 许诚 , 刘庆 , 李陶琦
2013, 21(5):688-690. DOI: 10.3969/j.issn.1006-9941.2013.05.026
摘要:以5-硝基四唑钠盐二水合物为原料, 经取代反应和硝化-水解反应两步合成出了2-偕二硝甲基-5-硝基四唑(HDNMNT), 总收率51.89%, 采用核磁共振谱、红外光谱和元素分析对其结构进行了表征。为了研究HDNMNT的性能, 运用量子化学方法预估了HDNMNT的理论密度、固相生成焓和爆轰性能, 并利用差示扫描量热法(DSC)研究了其热稳定性。结果表明: HDNMNT理论密度高达1.88 g·cm-3, 固相标准生成焓为273.0 kJ·mol-1, 爆轰性能与RDX相当:爆速为8.732 km·s-1, 爆压为35.4 GPa, 但是热分解温度仅为120 ℃, 热稳定性较差。
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