本文選題：爆轟性能　切入點(diǎn)：密度泛函理論　出處：《安徽理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文主要研究了炸藥爆轟性能計(jì)算方法的理論推導(dǎo)和編程實(shí)現(xiàn),并結(jié)合爆轟性能經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法和量子化學(xué)計(jì)算方法,設(shè)計(jì)了3類分子(雙環(huán)[2.2.1]庚烷、雙環(huán)[3.1.1]庚烷和雙環(huán)[3.2.1]庚烷)的含N衍生物,深入研究了其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,具體內(nèi)容如下：1.基于反應(yīng)平衡的最小自由能原理,利用牛頓迭代法和拉格朗日乘數(shù)法,推導(dǎo)建立了一種新的求解爆轟產(chǎn)物組分含量的方法,結(jié)合BKW狀態(tài)方程,計(jì)算爆壓、爆溫、爆速和爆轟產(chǎn)物組分含量,自編程序完成上述計(jì)算過(guò)程；為驗(yàn)證計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,首先利用該計(jì)算方法計(jì)算了PETN和RDX的爆轟性能參數(shù),計(jì)算結(jié)果顯示,該方法可以準(zhǔn)確計(jì)算PETN和RDX爆轟性能,并可以理論預(yù)測(cè)爆轟產(chǎn)物組分含量,其中,PETN爆壓、爆速和爆溫的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的誤差分別為0.01%、0.51%和0.21%,RDX爆壓、爆速和爆溫計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的誤差分別為0.4%、3.5%和3.3%；其次,本工作自制了5種乳化炸藥,利用錳銅壓阻法測(cè)試爆壓,同時(shí)測(cè)試了炸藥爆速,利用自編程序計(jì)算5種炸藥的爆轟性能和爆轟產(chǎn)物組分含量,計(jì)算結(jié)果顯示,爆速和爆壓相符較好,說(shuō)明該計(jì)算方法可用于乳化炸藥爆轟性能的預(yù)測(cè),其中爆壓和爆速的最大誤差分別為1.6%和812%,爆速誤差雖然偏大,但并不影響爆溫和爆轟產(chǎn)物組分含量的計(jì)算結(jié)果,且爆速可通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)時(shí)實(shí)驗(yàn)獲得。2.根據(jù)目前爆壓測(cè)試成本較高的缺陷,通過(guò)理論推導(dǎo)設(shè)計(jì)了一種新的爆炸接觸面作用壓力測(cè)試方法,該測(cè)試方法無(wú)耗材,成本較低。3.通過(guò)考察大量的分子體系,設(shè)計(jì)出本文所報(bào)道的3類新型高能量密度化合物(HEDC),利用Gaussian軟件和分子表面靜電勢(shì)分析方法計(jì)算得到大量數(shù)據(jù),如分子表面靜電勢(shì)參數(shù)、密度、升華焓、氣態(tài)生成熱和固態(tài)生成熱等,為實(shí)驗(yàn)合成提供參考依據(jù),并詳細(xì)分析和討論了分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。氣態(tài)生成熱計(jì)算結(jié)果顯示,分子所含硝基數(shù)量相同時(shí),伴隨著母體骨架上N原子數(shù)量的增加,分子的氣態(tài)生成熱增大；伴隨著硝基數(shù)量的增加,分子的升華焓逐漸增大；固態(tài)生成熱計(jì)算結(jié)果顯示,當(dāng)分子所含硝基數(shù)量較少時(shí),增加分子中的硝基的數(shù)量,分子固態(tài)生成熱一般先減小,當(dāng)硝基數(shù)量較多時(shí),增加分子中的硝基數(shù)量,分子的固態(tài)生成熱快速增大。分子的密度總是伴隨著分子中硝基數(shù)量的增加而增大。4.首先利用Kamlet-Jacobs方法,自編程序,計(jì)算了設(shè)計(jì)分子的爆轟性能,再利用本文自行建立的理論計(jì)算方法和程序計(jì)算設(shè)計(jì)分子的爆轟性能,結(jié)果顯示,兩種方法相符很好,爆壓最大誤差小于2.5%,爆速最大誤差小于3.3%,說(shuō)明自行推導(dǎo)的計(jì)算方法可用于計(jì)算和預(yù)測(cè)HEDC的爆轟性能,并計(jì)算出精確的爆轟產(chǎn)物組分含量,爆轟性能計(jì)算結(jié)果顯示,共有23種分子的爆壓大于40GPa,爆速大于9000m/s,滿足HEDC爆轟性能要求。5.分子結(jié)構(gòu)和爆轟性能之間的關(guān)系顯示,密度和氧平衡是影響爆轟性能的重要因素,固態(tài)生成熱對(duì)爆轟性能影響較弱,正氧平衡會(huì)導(dǎo)致爆轟性能的急劇減弱,分子骨架含N量較多,不利于設(shè)計(jì)出HEDC。6.利用解離能和撞擊感度評(píng)價(jià)了分子的穩(wěn)定性,伴隨著向母體骨架中引入硝基數(shù)量的增加,分子的熱解穩(wěn)定性逐漸變差,其中分子A29、B29和D28熱解穩(wěn)定性較差,不滿足穩(wěn)定性要求,綜合考慮爆轟性能和穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)出20種新型HEDC,值得進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)合成和研究。解離能計(jì)算結(jié)果顯示,分子中同時(shí)含有N-NO2鍵和C-NO2鍵時(shí),分子的熱解觸發(fā)鍵通常為N-NO2,但也有部分分子的熱解觸發(fā)鍵為C-NO2鍵。
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【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O381
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本文編號(hào)：1560990