一種RDX基多組分含能復合物的模擬方法技術

本發明專利技術公開了一種RDX基多組分含能復合物的模擬方法，多組分包含RDX、油、石蠟、Al和IPN/AP，步驟如下：確定RDX基復合物所含的組分及各組分所占的質量分數，設置復合物體系的預計總原子數，計算得到各組分需要的分子數目；構建RDX、AP和Al晶體的單胞結構，并進行擴展成為超胞；以超胞質心為中心，選擇球狀RDX、AP、Al團簇模型備用；構建C

A simulation method for RDX containing multi-component energetic complexes

The simulation method of the invention discloses a RDX based component containing complex, multi components including RDX, oil, paraffin, Al and IPN/AP, the steps are as follows: to determine the RDX containing complex components and components for the mass fraction, the total number of atoms is set for complex system, calculation get the required number of molecular components; single cell structure of RDX, AP and Al crystals, and expanded into a super cell; with super cell centroid as the center, RDX, AP, Al select globular cluster model to construct the C reserve;

【技術實現步驟摘要】
一種RDX基多組分含能復合物的模擬方法
本專利技術屬于分子模擬計算
，特別是一種RDX基多組分含能復合物的模擬方法。
技術介紹
隨著生產技術發展的需要，對含能材料逐漸提出了高性能、高安全以及功能化的要求，而單質高能化合物難以完全實現上述目的，因此針對實際應用需要，出現了多種單質高能化合物的改性方法，其中設計多組分混合復合物即是一種重要且有效的方法。通常選擇一種單質高能化合物為基，加入一定量的添加劑，包括粘結劑、增塑劑、鈍感劑和其他高能添加劑等物質組成的多組分含能復合物，能夠兼具組分間的優異性能，實現功能化需要。環三次甲基三硝胺(RDX),俗稱黑索金，是一種十分重要的雜環硝銨類含能材料，具有威力大，猛度高，化學安定性好等綜合優異性能，作為高能氧化劑或PBX基藥在發射藥、推進劑中具有廣泛應用。但是作為一種單質高能化合物，其還存在著機械感度和熔點較高的缺點。硝酸異丙酯(IPN)是一種含能增塑劑，具有低感度、易揮發、易爆炸等特點。可以改善燃料的點火性能，提高混合炸藥的含能量、改善力學性能以及增塑。混合油(油/石蠟)作為混合炸藥的常用添加劑，除了具有增塑作用外，還具有增加流動性、減少粘性、改善加工性和鈍感等作用。鋁粉(Al)具有較高的熱值，是含能復合材料中應用廣泛的高能添加劑。由于鋁粉能夠提高混合體系的爆熱，又具有較強的后燃效應，可以大幅度地提高作功能力。高氯酸銨(AP)是一種強氧化劑，通常作為高能氧化劑添加到含能復合物之中應用。選擇以RDX為基，添加不同比例的油、石蠟、Al、IPN/AP等添加劑組成的多組分含能復合物即是一種有效復合改性方法。目前，多組分含能復合物的研究主要以實驗居多，其存在著成本高、安全性低和實驗周期長等不足；近年來經典的分子動力學(MD)方法逐步廣泛的應用于含能材料的模擬研究，研究體系主要以單質含能化合物和PBXs為主(XiaoJJ,LiSY,ChenJ,JiGF,ZhuW,ZhaoF,WuQ,XiaoHM.MoleculardynamicsstudyoncorrelationbetweenstructureandsensitivityofdefectiveRDXcrystalsandtheirPBXs.JournalofMolecularModeling,2013,19:803-809)，使用MD方法模擬研究多組分(三種以上)含能復合物的研究相對較少。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種快捷方便、安全性高的RDX基多組分含能復合物的模擬方法。實現本專利技術目的的技術解決方案是：一種RDX基多組分含能復合物的模擬方法，多組分包含RDX、油、石蠟、Al和IPN/AP，具體步驟如下：步驟1、確定RDX基復合物所含的組分及各組分所占的質量分數，設置復合物體系的預計總原子數，計算得到各組分需要的分子數目；步驟2、構建RDX、AP和Al晶體的單胞結構，然后將各晶體的單胞結構進行擴展成為5×5×5的超胞；步驟3、以步驟2中構建的超胞質心為中心，結合步驟1得到的對應組分需要的分子數目，選擇球狀RDX、AP、Al團簇模型備用；步驟4、構建C13H28直鏈烷烴代表油、C26H54直鏈烷烴代表石蠟，然后依次進行高低壓動力學處理，以獲得油和石蠟各自的平衡結構模型備用；構建IPN分子結構模型備用；步驟5、按照步驟1得到的各組分需要的分子數目，依次將步驟3和步驟4得到的各組分模型加入到一個周期箱中，然后逐次壓縮該周期箱，每次壓縮均進行動力學平衡，直至各組分充滿該周期箱，最后進行高低壓動力學處理，得到平衡的RDX基多組分含能復合物穩定初始結構模型；步驟6、對RDX基多組分含能復合物穩定初始結構模型依次在不同溫度下進行2ns的分子動力學模擬，其中前1ns用于獲得體系穩定平衡，后1ns用于收集軌跡分析性能。進一步地，步驟1中所述各組分需要的分子數目計算公式如下：設各組分相對分子質量為Mi，各組分分子中含有的原子數目為Ai，各組分的質量分數為wi，i代表對應各組分的編號且i＝1,2,3……，復合物體系的預計總原子數為T，各組分需要的分子數目為Xi，則根據：∑AiXi＝T得到進一步地，步驟2所述構建RDX、AP和Al晶體的單胞結構，然后將各晶體的單胞結構進行擴展成為5×5×5的超胞，具體為：使用材料建模計算程序MaterialsStudio，構建RDX、AP和Al晶體的單胞結構，然后依次使用Build、Symmetry、Supercell功能將各晶體的單胞結構進行擴展成為5×5×5的超胞。進一步地，步驟3所述選擇球狀RDX、AP、Al團簇模型備用，所選球狀RDX、AP、Al團簇模型的半徑為進一步地，步驟4所述進行高低壓動力學處理，即先在1GPa高壓下進行動力學，緊接著在0.0001GPa低壓下進行動力學。進一步地，步驟5所述按照步驟1得到的各組分需要的分子數目，依次將步驟3和步驟4得到的各組分模型加入到一個周期箱中，然后逐次壓縮該周期箱，每次壓縮均進行動力學平衡，直至各組分充滿該周期箱，具體為：按照步驟1得到的各組分需要的分子數目，依次將步驟3和步驟4得到的各組分模型加入到邊長為的周期箱中，然后以為梯度逐次壓縮周期箱，每次壓縮均進行動力學平衡，直至周期箱邊長為各組分充滿周期箱。進一步地，步驟6所述對RDX基多組分含能復合物穩定初始結構模型依次在不同溫度下進行2ns的分子動力學模擬，其中分子動力學模擬采用MaterialsStudio程序的Discover模塊實現，對于不同溫度下的動力學模擬，均采用上一研究溫度RDX基多組分含能復合物的最后構象作為初始結構。進一步地，所述對RDX基多組分含能復合物穩定初始結構模型依次在不同溫度下進行2ns的分子動力學模擬，溫度分別設置為195K、245K、295K、335K和365K。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點是：(1)能夠方便研究不同比例、不同組分含能復合材料的性能；(2)分子建模高效、簡潔；(3)采用分子動力學實驗手段模擬研究含能復合物，實驗成本低、安全性高、實驗周期短。附圖說明圖1是RDX基多組分含能復合物模擬方法流程圖。圖2是自編VB程序多組分建模分子數計算界面圖。圖3是RDX基多組分含能復合物結構模型圖。圖4是實施例1、2的力學性能變化曲線圖。圖5是實施例1、2的體系內聚能密度(CED)變化曲線圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本專利技術作進一步描述。結合圖1，本專利技術RDX基多組分含能復合物的模擬方法，所述多組分包含RDX、油、石蠟、Al和IPN/AP，具體步驟如下：步驟1、確定RDX基復合物所含的組分及各組分所占的質量分數，設置復合物體系的預計總原子數，計算得到各組分需要的分子(原子)數目；所述各組分需要的分子數目計算公式如下：設各組分相對分子質量為Mi，各組分分子中含有的原子數目為Ai，各組分的質量分數為wi，i代表對應各組分的編號且i＝1,2,3……，復合物體系的預計總原子數為T，各組分需要的分子數目為Xi，則根據：∑AiXi＝T得到為了方便計算不同質量分數(或不同成分)設計方案的要求，根據上述計算原理，設計VB程序界面，如圖2所示，其中M列表示各組分的相對分子質量，Atoms列表示各組分分子中含有的原子數目，w列表示各組分的質量分數，Molecules列本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種RDX基多組分含能復合物的模擬方法，其特征在于，多組分包含RDX、油、石蠟、Al和IPN/AP，具體步驟如下：步驟1、確定RDX基復合物所含的組分及各組分所占的質量分數，設置復合物體系的預計總原子數，計算得到各組分需要的分子數目；步驟2、構建RDX、AP和Al晶體的單胞結構，然后將各晶體的單胞結構進行擴展成為5×5×5的超胞；步驟3、以步驟2中構建的超胞質心為中心，結合步驟1得到的對應組分需要的分子數目，選擇球狀RDX、AP、Al團簇模型備用；步驟4、構建C

【技術特征摘要】
1.一種RDX基多組分含能復合物的模擬方法，其特征在于，多組分包含RDX、油、石蠟、Al和IPN/AP，具體步驟如下：步驟1、確定RDX基復合物所含的組分及各組分所占的質量分數，設置復合物體系的預計總原子數，計算得到各組分需要的分子數目；步驟2、構建RDX、AP和Al晶體的單胞結構，然后將各晶體的單胞結構進行擴展成為5×5×5的超胞；步驟3、以步驟2中構建的超胞質心為中心，結合步驟1得到的對應組分需要的分子數目，選擇球狀RDX、AP、Al團簇模型備用；步驟4、構建C13H28直鏈烷烴代表油、C26H54直鏈烷烴代表石蠟，然后依次進行高低壓動力學處理，以獲得油和石蠟各自的平衡結構模型備用；構建IPN分子結構模型備用；步驟5、按照步驟1得到的各組分需要的分子數目，依次將步驟3和步驟4得到的各組分模型加入到一個周期箱中，然后逐次壓縮該周期箱，每次壓縮均進行動力學平衡，直至各組分充滿該周期箱，最后進行高低壓動力學處理，得到平衡的RDX基多組分含能復合物穩定初始結構模型；步驟6、對RDX基多組分含能復合物穩定初始結構模型依次在不同溫度下進行2ns的分子動力學模擬，其中前1ns用于獲得體系穩定平衡，后1ns用于收集軌跡分析性能。2.根據權利要求1所述的RDX基多組分含能復合物的模擬方法，其特征在于，步驟1中所述各組分需要的分子數目計算公式如下：設各組分相對分子質量為Mi，各組分分子中含有的原子數目為Ai，各組分的質量分數為wi，i代表對應各組分的編號且i＝1,2,3……，復合物體系的預計總原子數為T，各組分需要的分子數目為Xi，則根據：ΣAiXi＝T得到3.根據權利要求1所述的RDX基多組分含能復合物的模擬方法，其特征在于，步驟2所述構建RDX、AP和Al...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖繼軍，高培，李慎慎，王小姣，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32