含能材料在爆轟瞬間產(chǎn)生的壓力可以高達幾十萬個大氣壓,內(nèi)部溫度達到幾千攝氏度,而且爆轟產(chǎn)生的沖擊波的速度高達十幾千米每秒。這種極端高溫高壓下的物質(zhì)和能量變化的信息難以通過實驗獲得,必須借助計算機模擬技術(shù)。由于經(jīng)典分子動力學(xué)模擬方法不能處理爆轟反應(yīng)過程中涉及到的化學(xué)鍵斷裂以及原子重組情況,而高精度的量子動力學(xué)模擬計算量太大,僅適合于幾個原子的小體系,因此本文采用半經(jīng)驗量子動力學(xué)模擬方法研究了含能材料沖擊起爆的過程。由于半經(jīng)驗量子分子動力學(xué)模型DFTB的高效性,已廣泛應(yīng)用于團簇體系以及凝聚態(tài)物理化學(xué)性質(zhì)等研究中。為了進一步提高DFTB模型對電子能量計算的精確性以及能夠模擬沖擊波加載的高溫高壓條件下的體系,本文在DFTB方法中結(jié)合了電荷自洽模塊(SCC)和多尺度沖擊技術(shù)(MSST)模塊,隨后采用新建立的SCC-DFTB-MSST半經(jīng)驗動力學(xué)模型模擬了水分子簇和黑索金炸藥體系的爆轟過程,并與DFTB方法以及ReaxFF力場的經(jīng)典分子動力學(xué)算法作比較,模擬結(jié)果表明該模型能夠很好的擬合較高沖擊波條件下的實驗數(shù)據(jù)。本文主要的研究內(nèi)容如下所示:(1)介紹了計算模擬中的量子分子動力學(xué)以及分子動力學(xué)模擬方法的研究進展、基本原理及其相關(guān)的技術(shù)。(2)詳細闡述了用來模擬含能材料在沖擊加載條件的一種高效的半經(jīng)驗量子分子動力學(xué)模型。采用了自洽密度泛函緊束縛方法(SCC-DFTB)來計算電子的結(jié)構(gòu)信息,同時考慮到?jīng)_擊波對模擬體系的影響,對原子運動軌跡的計算采用多尺度模擬技術(shù)。(3)在DFTB程序框架下實現(xiàn)了對沖擊波的模擬計算,并將該算法應(yīng)用于水分子和黑索金炸藥體系的測試中。實驗結(jié)果表明,該算法相比于采用DFTB以及ReaxFF反應(yīng)力場的算法有更高的精度。
【學(xué)位單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ560.1
【部分圖文】：

圖2.1分子動力學(xué)工作方框圖

周期性邊界條件根據(jù)求解范圍中粒子的分布情況來選擇適當?shù)哪M抽樣區(qū)域如圖2.2中的陰

領(lǐng)域半徑該鄰域列表在模擬計算的每一次迭代中都需要進行更新

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

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2 居學(xué)海;葉財超;徐司雨;;含能材料的量子化學(xué)計算與分子動力學(xué)模擬綜述[J];火炸藥學(xué)報;2012年02期

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本文編號：2829646