高能材料分子动力学

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（SiO2）的力场参数

241 SiO2的力场参数

242 SiO2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/PCTFE PBX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/F2311 PBX的MD模拟

332 RDX/PS PBX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）/F2311PBX的能量性质

542 不同F2311浓度下HMX/F2311 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F2311浓度下HMX（100）/F2311PBX的力学性能

552 不同温度下HMX（100）晶体和HMX（100）/F2311 PBX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F2311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/PCTFE PBX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/PCTFE PBX力学性能的影响

733 不同PCTFE浓度下TATB/PCTFE PBX的结合能

734 TATB/PCTFE PBX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/F2311PBX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/F2311在不同温度下的力学性能

754 温度对TATB/F2311PBX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/F2311 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（Lmax）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/F2311PBX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/F2311 PBX结构参数和密度的影响

924 温度对HMX/F2311 PBX力学性能的影响

925 温度对HMX/F2311PBX 结合能的影响

93 HMX和 HMX/F2311 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）/F2311 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/Estane 5703 PBX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/Estane PBX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/PEG PBX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9159 PBX中的界面作用和结合能

1043 JO9159 PBX等体系的力学性能

1044 JO9159 PBX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/HTPB PBX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

《21世纪科学版化学专著系列：高能材料分子动力学》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。《21世纪科学版化学专著系列：高能材料分子动力学》共15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15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。