本书是作者近十年来运用分子动力学理论方法模拟研究高(含)能体系结构和性能科研工作的总结。全书共l5章。第1章简介分子动力学的原理和方法。第2～5章介绍力场参数优化、模型构建、力学性能预测和感度理论判别的共性工作。第6～14章主要用经典分子动力学方法，模拟研究了单体炸药、混合炸药(特别是多类高聚物黏结炸药)、固体推进剂和发射药的广义结构、界面作用和能量特性，关联它们的安全性、相容性、爆炸性，尤其是用静态法和波动法求得弹性力学性能；阐明了组分、温度、浓度和晶体缺陷造成的影响；建议了热和撞击感度的引发键最大键长、引发键连双原子作用能和内聚能密度等理论判据；提出了用子体系与子体系之间的相互作用能(即体系的结合能)表征它们之间的相容性。这些内容为高能复合材料的理论设计提供了例证以及丰富信息、规律和指导。第l5章用从头算分子动力学方法，模拟研究了四类典型炸药晶体在高温、高压和冲击加载下的结构变化和分解机理，展示了分解过程中出现的奇特现象和图像。 本书可供四大基础化学、高分子物理与化学、炸药化学、爆炸理论、理论与计算化学、材料学、材料物理与化学等专业的高校师生和科技工作者参考阅读。
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目录
- 前言
第1章 分子动力学理论基础
1.1 引论
1.2 经典分子动力学
1.2.1 力场
1.2.2 系综
1.2.3 边界条件
1.2.4 数值解法
1.2.5 MD计算流程
1.3 量子分子动力学
1.3.1 Hartree-Fock(HF)方程
1.3.2 Kohn-Sham(KS)方程
1.3.3 从头算MD方法
1.3.4 从头算MD计算流程
参考文献
第2章 力场参数优化
2.1 力场函数形式和参数化方法
2.2 高氯酸铵(AP)的力场参数
2.2.1 AP的力场参数
2.2.2 AP力场参数验证
2.3 硝基胍(NQ)的力场参数
2.3.1 NQ的力场参数
2.3.2 NQ力场参数验证
2.4 二氧化硅(SiO_2)的力场参数
2.4.1 SiO_2的力场参数
2.4.2 SiO_2力场参数验证
参考文献
第3章 MD模拟的模型构建
3.1 β-HMX不同超晶胞的MD模拟
3.1.1 模型搭建和模拟细节
3.1.2 β-HMX在不同超胞下的MD模拟晶胞参数
3.1.3 β-HMX晶体的引发键N—N键长分布
3.1.4 β-HMX晶体引发键连双原子作用能
3.1.5 β-HMX晶体的力学性能
3.2 TATB/氟聚物PBX的模型构建
3.2.1 TATB晶体和氟聚物
3.2.2 TATB晶体和TATB/PCTFEPBX的力学性能——吸附包覆模型
3.2.3 TATB晶体和TATB/氟聚物PBX的力学性能——渗透添加模型
3.2.4 TATB/氟聚物PBX沿不同晶面的力学性能——切割分面模型
3.2.5 本节小结
3.3 高聚物链数和链节数的选取
3.3.1 HMX/F_2311 PBX的MD模拟
3.3.2 RDX/PSPBX的MD模拟
参考文献
第4章 力学性能预测的理论和方法
4.1 应力、应变和广义胡克定律
4.1.1 应力
4.1.2 应变
4.1.3 应力与应变的关系
4.1.4 弹性系数矩阵讨论
4.2 微观力学模型与宏观力学性质
4.2.1 原子水平力学模型
4.2.2 宏观力学性质
4.3 弹性、塑性与断裂
4.4 弹性力学性能模拟
4.4.1 静态分析法及其应用示例
4.4.2 波动分析法及其应用示例
参考文献
第5章 感度的微观理论判别
5.1 感度理论研究的历史回顾
5.1.1 高能分子QC计算,撞击感度的热力学和动力学判据
5.1.2 高能晶体QC计算和从头算MD模拟,前沿能隙判据
5.2 引发键的键长统计分布
5.2.1 HMX和RDX晶体的引发键键长分布
5.2.2 HMX和RDX基PBX中引发键的键长分布
5.3 感度的引发键最大键长判据
5.3.1 不同配比、不同温度的AP/HMX和AP/NG体系
5.3.2 不同配比多组分体系和不同温度PBX
5.4 感度的引发键连双原子作用能判据
5.4.1 不同温度下的HMX(100)晶体和HMX(100)/F_2311PBX的能量性质
5.4.2 不同F_2311浓度下HMX/F_2311 PBX的能量性质
5.4.3 对相关函数及其对界面作用的分析
5.5 力学性能与感度的关系
5.5.1 不同F_2311浓度下HMX(100)/F_2311PBX的力学性能
5.5.2 不同温度下HMX(100)晶体和HMX(100)/F_2311PBX的力学性能
5.5.3 本节小结
参考文献
第6章 单体炸药的结构和性能
6.1 RDX晶体的热膨胀和力学性能
6.1.1 模型搭建、模拟细节和平衡结构下的晶胞参数
6.1.2 不同温度下的晶体结构和热膨胀系数
6.1.3 不同温度下的力学性能
6.2 β-HMX晶体的热膨胀系数、感度判据和力学性能
6.2.1 β-HMX晶体在不同温度下的晶胞参数和热膨胀系数
6.2.2 β-HMX晶体的感度判别和力学性能
6.3 RDX和HMX的感度和力学性能的MD比较研究
6.3.1 MD模拟方法和细节
6.3.2 感度与引发键最大键长的关系
6.3.3 感度与引发键连双原子作用能的关系
6.3.4 感度与内聚能密度的关系
6.3.5 弹性力学性能比较
6.3.6 本节小结
6.4 PETN 晶体的感度判别和力学性能预测
6.4.1 模型搭建和模拟细节
6.4.2 PETN晶体的晶胞参数
6.4.3 感度的引发键最大键长判据
6.4.4 感度的引发键连双原子作用能判据
6.4.5 感度的内聚能密度判据
6.4.6 力学性能比较
6.4.7 本节小结
6.5 ε-CL-20晶体的感度判别和力学性能研究
6.5.1 力场、模型和模拟
6.5.2 晶胞参数
6.5.3 感度与引发键键长的关系
6.5.4 引发键连双原子作用能
6.5.5 内聚能密度
6.5.6 力学性能
6.5.7 本节小结
参考文献
第7章 TATB基PBX的结构和性能
7.1 TATB/氟聚物PBX沿不同晶面的力学性能——温度的影响
7.1.1 模型构建和模拟方法
7.1.2 常温常压下四种聚合物黏结TATB不同晶面的力学性能
7.1.3 温度对F_2311黏结TATB(001)面力学性能的影响
7.1.4 本节小结
7.2 TATB/氟聚物PBX沿不同晶面的结合能
7.2.1 PBX的平衡示例
7.2.2 结合能计算
7.2.3 径向分布函数分析
7.3 不同浓度和温度下TATB/PCTFEPBX的力学性能和结合能
7.3.1 计算模型和平衡结构
7.3.2 PCTFE浓度对TATB基/PCTFEPBX力学性能的影响
7.3.3 不同PCTFE浓度下TATB/PCTFEPBX的结合能
7.3.4 TATB/PCTFEPBX在不同温度下的力学性能和结合能
7.4 TATB/氟聚物PBX的力学性能、结合能和爆炸性能
7.4.1 模型构建和计算方法
7.4.2 TATB/氟聚物的力学性能
7.4.3 TATB/氟聚物PBX的结合能
7.4.4 TATB晶体和TATB/氟聚物PBX的爆炸性能
7.4.5 本节小结
7.5 温度对TATB和TATB/F_2311PBX力学性能和结合能的影响
7.5.1 模型搭建和模拟细节
7.5.2 平衡判别和平衡结构
7.5.3 纯TATB和TATB/F_2311在不同温度下的力学性能
7.5.4 温度对TATB/F_2311PBX结合能的影响
7.5.5 本节小结
参考文献
第8章 RDX基PBX的结构和性能
8.1 RDX/氟聚物PBX的力学性能、结合能和爆炸性能
8.1.1 计算方法、模型和平衡结构
8.1.2 RDX/氟聚物PBX的力学性能
8.1.3 RDX/氟聚物PBX的结合能
8.1.4 RDX/氟聚物PBX的爆炸性能
8.1.5 本节小结
8.2 温度对RDX/F_2311 PBX力学性能和结合能的影响
8.2.1 计算方法、模型和平衡结构
8.2.2 温度对力学性能的影响
8.2.3 温度对结合能的影响
8.2.4 对相关函数分析
8.2.5 本节小结
8.3 RDX/PS-PBX的结构、能量及其与感度的关系
8.3.1 MD模型搭建和模拟
8.3.2 感度与引发键最大键长(L_max)的关系
8.3.3 感度与相互作用能的关系
8.3.4 本节小结
8.4 PBX-9007的力学性能和结合能
8.4.1 模型搭建和平衡结构
8.4.2 弹性力学性能比较
8.4.3 结合能比较
参考文献
第9章 HMX基PBX的结构和性能(Ⅰ)
9.1 HMX/氟聚物PBX的结合能和力学性能
9.1.1 计算方法和细节
9.1.2 HMX/高聚物原子簇的MM和MO结合能
9.1.3 HMX晶体和HMX/氟聚物PBX的力学性能
9.1.4 本节小结
9.2 温度对HMX和HMX/F_2311PBX力学性能和结合能的影响
9.2.1 考察力场实用性和平衡判别
9.2.2 温度对纯β-HMX晶体力学性能的影响
9.2.3 温度对HMX/F_2311 PBX结构参数和密度的影响
9.2.4 温度对HMX/F_2311 PBX力学性能的影响
9.2.5 温度对HMX/F_2311PBX结合能的影响
9.3 HMX和HMX/F_2311 PBX的力学性能——不同温度NVT和常温下NPT研究
9.3.1 模拟方法和模型
9.3.2 HMX晶体和HMX基PBX的常温力学性能
9.3.3 不同温度下HMX晶体的力学性能
9.3.4 不同温度下HMX基PBX的力学性能
9.3.5 HMX和HMX(100)/F_2311 PBX的NPT-常温力学性能
9.3.6 本节小结
参考文献
第10章 HMX基PBX的结构和性能(Ⅱ)
10.1 HMX/Estane5703PBX的界面作用和力学性能
10.1.1 高分子、HMX和PBX的模型构建和模拟
10.1.2 引发键键长分布和结合能
10.1.3 HMX和HMX/EstanePBX的力学性能
10.1.4 本节小结
10.2 以PEG和HTPB为黏结剂的HMX基PBX
10.2.1 模型构建和模拟
10.2.2 引发键键长分布和结合能
10.2.3 HMX/HTPB和HMX/PEGPBX的力学性能
10.2.4 本节小结
10.3 JOB-9003四组分PBX的结构与性能
10.3.1 模型搭建和模拟计算
10.3.2 平衡结构和结合能
10.3.3 力学性能比较
10.3.4 爆热和爆速
10.3.5 钝感剂的致钝机理
10.3.6 本节小结
10.4 JO-9159四组分PBX的结构和性能
10.4.1 模型搭建和模拟计算
10.4.2 JO-9159PBX中的界面作用和结合能
10.4.3 JO-9159PBX等体系的力学性能
10.4.4 JO-9159PBX等体系的爆热和爆速
10.4.5 本节小结
参考文献
第11章 其他基混合炸药的结构和性能
11.1 ε-CL-20/氟聚物PBX的力学和爆炸性能
11.1.1 力场、模型和模拟平衡
11.1.2 力学性能
11.1.3 结合能
11.1.4 爆炸性能
11.2 TNAD/氟聚物PBX的力学和爆炸性能
11.2.1 模型搭建和晶胞参数比较
11.2.2 力学性能
11.2.3 结合能和爆炸性能
11.3 PETN基PBX的结合能和力学性能
11.3.1 计算方法和模拟细节
11.3.2 PETN/高聚物超分子的MM和MO结合能
11.3.3 PETN和PETN/氟聚物PBX的常温力学性能
11.3.4 不同温度下的力学性能比较
11.3.5 本节小结
11.4 PETN/TNT混合炸药的感度和力学性能
11.4.1 模型构建和MD模拟
11.4.2 感度与引发键最大键长的关系
11.4.3 感度与相互作用能的关系
11.4.4 力学性能比较
11.4.5 本节小结
参考文献
第12章 晶体缺陷对炸药结构和性能的影响
12.1 HMX和HMX/HTPBPBX的晶体缺陷研究
12.1.1 模型搭建和模拟计算
12.1.2 力学性能比较
12.1.3 爆炸性能比较
12.1.4 电子结构和感度比较
12.1.5 本节小结
12.2 缺陷对ε-CL-20及其PBX力学性能和结合能的影响
12.2.1 模型搭建和模拟
12.2.2 力学性能
12.2.3 结合能
12.3 缺陷对RDX晶体及其PBX感度的影响
12.3.1 RDX晶体的位错、空位和掺杂缺陷
12.3.2 完美和缺陷RDX晶体的感度比较
12.3.3 完美和缺陷RDX(100)基PBX的感度
12.4 HMX掺杂(TATB)体系的力学性能和结合能
12.4.1 模型、模拟和平衡判别
12.4.2 HMX/TATB的力学性能
12.4.3 HMX掺杂TATB体系在不同温度下的力学性能
12.4.4 温度对HMX/TATB体系结合能的影响
12.4.5 本节小结
参考文献
第13章 火药及其相关体系的结构和性能
13.1 几种简单火药模型体系的结构和性能
13.1.1 模型搭建和模拟计算
13.1.2 力学性能
13.1.3 热力学性质
13.1.4 爆热、爆速和爆压
13.1.5 本节小结
13.2 聚环氧乙烷、聚四氢呋喃及其共聚醚的力学性能
13.2.1 模型建立和模拟方法
13.2.2 力学性能
13.3 单一和混合硝酸酯增塑剂的力学性能和界面相互作用
13.3.1 理论、方法和模型
13.3.2 COMPASS力场对硝化甘油的适用性
13.3.3 力学性能分析
13.3.4 界面相互作用和结合能
13.3.5 界面相互作用的本质
13.3.6 本节小结
13.4 十种二组分高能体系的结构和性能
13.4.1 计算模型和模拟细节
13.4.2 结合能和相容性
13.4.3 界面作用——对相关函数分析
13.4.4 力学性能
13.4.5 本节小结
13.5 推进剂/衬层的界面固化反应和力学性能
13.5.1 模型构建、模拟细节和固化反应展示
13.5.2 力学性能比较
13.5.3 本节小结
参考文献
第14章 高能复合材料的理论设计
14.1 ε-CL-20基PBX配方设计初探
14.1.1 模型构建和模拟细节
14.1.2 相容性的结合能判据
14.1.3 安全性——致钝机理研究
14.1.4 力学性能预示
14.1.5 能量性质的定性评估
14.1.6 本节小结
14.2 四种四组分高能体系的相容性和力学性能
14.2.1 模型构建、MD模拟和平衡判别
14.2.2 以结合能度量相容性
14.2.3 力学性能
14.2.4 本节小结
14.3 高能复合材料配方设计示例(Ⅰ)
14.3.1 (PEG/NG/BTTN)/AP/HMX五组分体系
14.3.2 (PEG/NG/BTTN)/AP/HMX/Al六组分体系
14.4 高能复合材料配方设计示例(Ⅱ)
14.4.1 模型构建、MD模拟和平衡结构
14.4.2 组分分子的浓度分布和迁移状况
14.4.3 两种配方的力学性能比较
14.4.4 两种配方的安全性能比较
14.4.5 两种配方的相容性比较
14.4.6 本节小结
参考文献
第15章 炸药晶体结构和性能的从头算MD研究
15.1 叠氮化银晶体的温度行为
15.1.1 模拟方法
15.1.2 径向分布函数
15.1.3 晶体结构变化和分解
15.1.4 电子结构
15.1.5 速度自相关函数能谱
15.1.6 本节小结
15.2 不同温度下ε-CL-20的晶体结构和感度判别
15.2.1 计算方法
15.2.2 不同温度下ε-CL-20晶体的能带结构
15.2.3 不同温度下ε-CL-20晶体的态密度
15.2.4 ε-CL-20晶体能带结构与感度的关联
15.2.5 本节小结
15.3 冲击加载下三类炸药的引发分解机理
15.3.1 模拟方法
15.3.2 冲击加载HMX的引发分解机理
15.3.3 冲击加载TATB的引发分解机理
15.3.4 冲击加载PETN的引发分解机理
15.3.5 本节小结
参考文献
后记
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