高能PBX炸药的界面热力学性能和降感机理研究

高聚物粘结炸药(PBX)在现代工业和国防工程中有广泛的应用。它的合成工艺、物理化学性能和降感机理等是历年来关注的课题。本项目从研究PBX体系内部各种界面的原子间相互作用势出发，对奥克托金(HMX)、三氨基三硝基苯(TATB)等常用炸药材料的界面性能和冲击加载性能进行大规模分子级模拟计算。重点研究加入多晶、添加剂后更接近实际产品的混合炸药体系。具体工作包括计算单质炸药HMX、TATB和各种添加剂之间的界面原子势，以之作为大规模数值模拟的基础；然后运用这些势研究界面的结构、力学和热学性能，模拟冲击加载下PBX混合炸药系统的弹塑性转化、热点形成等问题；分析炸药的冲击感度和降感机理。本项目致力于建立从最基本的原子势到具有实际应用价值的降感机理的系列研究，理解几种典型高能炸药体系内部的界面热力学性能，为新型炸药的设计和性能优化提供理论依据，同时为以后的相关研究工作打下基础。

本课题研究高能PBX炸药内部界面的热力学性能与降感机理，并以此为基础理解由基底炸药和添加剂组成的复杂多晶混合炸药体系的物性与安全性。主要工作包括方法研究、程序设计以及应用研究。方法研究包括建立了炸药/添加剂界面原子势的理论计算方法、单晶-界面-多晶体系热导率的理论计算方法、冲击动力学温度场-应力场的数值分析方法以及界面降感机理的理论模型。程序设计主要是基于上述方法开发了数值计算程序，以获得所需的界面热力学性能参数。应用研究包括建立了炸药/添加剂界面原子势库、单晶-界面-多晶混合炸药体系热力学性能参数库以及评估界面降感能力的能量禁锢率参数。课题的研究成果为理解界面对复杂含能材料体系的物性与动力学响应特性提供了理论方法与数值结果，提出了其中隐含的微观物理、力学机制，为新型PBX炸药的设计与安全性评估提供帮助，能够为武器系统、运载火箭以及工程建设里PBX炸药的性能评估与安全使用提供参考。