CL-20炸药相变和化学反应分子动力学计算.pdf

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1、CL-20炸药相变和化学反应分子动力学计算张力2016年1月中图分类号：O561UDC分类号：532CL-20炸药相变和化学反应分子动力学计算作者姓名张力学院名称机电学院指导教师陈朗教授答辩委员会主席龚自正教授申请学位工学博士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月MolecularDynamicsCalculationsonthePhaseTransitionsandChemicalReactionsofCL-20ExplosivesCandidate：ZhangLiSupervisor：Prof.ChenLangDepartment：BeijingIn

2、stituteofTechnologyDate：January,2016I研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：关于研究成果和知识产权的说明除非另有科研合同和其他法律文书的制约，本论文的研究成果属于北京理工大学。本文作者在攻读博士论文学位期间以北京理工大学博士生身

3、份参加了科研工作。同时，本研究另有课题组长。签名：日期：导师签名：日期：II北京理工大学博士学位论文致谢与声明本文的工作是于2009年9月—2016年1月在北京理工大学机电学院完成的。除非另有说明，文中所给的结果是原始性的。按照导师的要求，本文的撰写，特别是参考文献的标注，依据的是国家标准、学校规定以及《博士论文格式与要求》一文并严格一致，该文在www.wuma.com.cn上可查。本课题是在导师陈朗教授的悉心指导和殷切关怀下完成的，从论文的选题、撰写过程都倾注了老师大量的心血，在此衷心感谢陈老师对我的谆谆教导。在平时的学习中，老师特别强调对基础知识的掌握和理解，为我在今后的科研工作中夯

4、实基础；在研究工作中，老师把握国内外技术发展规律，为我的科研道路指明研究方向。除此之外，老师还给我提供大量学习和交流的机会，为我的研究工作提供了广阔的平台。导师渊博的学识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风对我影响深远。特别感谢北京理工大学冯长根教授的谆谆教导，冯老师高水平的学术造诣以及不断创新的学术风格让我受益匪浅。感谢学科组伍俊英副教授、李生才副教授、常雪梅老师、郭新亚工程师在学习和生活中的指导和帮助。感谢已毕业的博士生鲁建英、王沛、刘群、王飞、王晨，马欣，鲁峰，已毕业的硕士生赵云、何乐、杨洋、路禹、孙崔源、张志正、刘红梅、李贝贝、刘彩连、闫卓、李川，学科组在读博士后牛锦超，在读博士

5、生皮铮迪、刘丹阳、耿徳珅、王福萍、姜建东、孙翠，硕士生杨坤、于红新、赵逸、寇永峰、刘斌等给予的帮助和有益讨论。感谢博士二班的全体同学及室友朱祥东给予的帮助。感谢北京理工大学化工学院董晓副教授、中国工程物理研究院流体物理研究所姬广富研究员、北京应用物理与计算数学研究所陈军研究员、上海交通大学生命学院魏冬青教授在研究方面给予的指导和帮助。特别感谢我的父亲、母亲、弟弟和妹妹对我在生活上无微不至的关怀和照顾。感谢爱人黄恩亮在我攻读博士期间对我的关心、理解和支持。作者：张力2015年12月20日III北京理工大学博士学位论文摘要炸药相变和化学反应过程极其复杂。从原子、分子尺度上，计算分析炸药相变和

6、化学反应，能够从本质上认识相变和反应机理，对炸药爆轰性能研究和安全性分析有重要意义。本文主要采用分子动力学计算方法，研究CL-20炸药相变和化学反应机理。基于COMPASS力场，采用等温等压分子动力学计算方法，对不同晶型的CL-20超晶胞的晶格参数进行计算，给出了不同温度下晶格参数与时间的关系，验证COMPASS力场对CL-20超晶胞的适用性。通过分析不同晶型的晶格参数与温度的关系和密度与温度的关系，计算出了CL-20超晶胞的相变。当目标温度达到360K时，ξ相CL-20超晶胞发生相变；温度达到450K时，ε相CL-20超晶胞和α相CL-20超晶胞发生相变；当温度达到490K时，β相CL

7、-20超晶胞发生相变。采用ReaxFF力场分子动力学计算方法，基于等温等容系综和Berendsen热浴，研究1000K至2500K温度范围内，ε相CL-20单分子的热分解反应。计算结果显示其反应过程为ε相CL-20分子的N-N键发生断裂，导致五元环和六元环中的硝基官能团脱离分子主体，形成NO2分子。基于周期性边界条件，建立了不同晶型CL-20超晶胞热分解反应分子动力学计算模型，采用ReaxFF力场，基于等压等容系综和等温等容系综，用