预测 TNT-HMX 高爆 composites 微结构缺陷处熔化动力学的建模框架
材料科学
2025-04-01 v1
摘要
许多高爆 (HE) 配方都是复合材料，其微结构被认为影响其功能特性。界面已知能够调节热点形成，这控制了其安全性和初发特性。为在分子尺度上研究此类过程，我们为 Octol（一种典型的 HE 配方，由 TNT（2,4,6-三硝基甲苯）和 HMX（八烷基-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四唑啼醒啉）组成）开发了原子力场 (FF)。我们扩展了 TNT 的 FF，并将其重新表述为可轻易与已建立的 HMX FF 结合的形式。经对实验结果和密度泛函理论计算广泛验证后，我们将应用于预测和排序表面和界面能，这表明在 TNT-HMX 复合材料中，微结构晶粒有能量驱动因素进行粗化。最后，我们评估了几种微结构环境对 TNT 晶体在超快热加载下动态熔化的影响。我们发现，无论是自由表面还是平面材料界面，都是 TNT 熔化的有效晶核点。然而，分子动力学模拟显示，TNT 晶体在纳秒尺度上至少可超热 50 K，并且超热程度与表面和界面能呈反相关。本文所述的建模框架将使未来研究得以探讨受微结构界面、材料力学、动量和能量输运、相变和化学过程强耦合所主导的事故场景中的热点形成过程。
引用
@article{arxiv.2503.23680,
title = {Modeling Framework to Predict Melting Dynamics at Microstructural Defects in TNT-HMX High Explosive Composites},
author = {Ethan Holbrook and Matthew P. Kroonblawd and Brenden W. Hamilton and H. Keo Springer and Alejandro Strachan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.23680},
year = {2025}
}
备注
56 pages, 12 figures