含能晶体中孔隙塌缩生成热点介观尺度计算与原子模型一致性的解析
介观与纳米尺度物理
2024-10-30 v1 材料科学
计算物理
摘要
含能晶体中孔隙塌缩与热点形成的介观尺度计算为宏观流体动力学程序预测含能材料的冲击感度提供了封闭模型。为此，先前的工作为两种常见含能晶体 HMX 和 RDX 获得了与原子模拟一致的材料模型，使得孔隙塌缩计算在能量局域化的关键特征上紧密遵循分子动力学（MD）结果，特别是塌缩孔隙的轮廓、剪切带的出现以及从粘塑性到流体动力学塌缩的转变。然而，一些重要方面，如热点内的温度分布，并未被很好地捕捉。这些工作注意到但未充分解决一个潜在问题，即对于不同孔隙尺寸和冲击强度，介观尺度计算中应采用的网格分辨率。传统的计算力学指导原则是选择尽可能精细的网格，以平衡计算量、精度和网格无关性，但已被证明无法产生与剪切局域化相关的物理一致性特征。在此，我们针对 HMX 和 RDX，研究了孔隙塌缩、剪切带演化与结构以及热点形成的物理过程；然后评估了在何种条件下，与原子模型一致的模型能为从纳米到微米范围的孔隙直径以及广泛的冲击强度范围，产生物理上正确的（以 MD 为基准）热点。该研究深入探讨了孔隙尺寸和冲击强度对孔隙塌缩和热点的影响，识别了诸如尺寸无关行为、热点中剪切区域与射流冲击加热区域所含能量比例等方面。同时，也指出了与原子模型一致的材料模型需要进一步改进的领域。
引用
@article{arxiv.2410.22174,
title = {On resolving meso-scale calculations of pore-collapse-generated hotspots in energetic crystals for consistency with atomistic models},
author = {Chukwudubem Okafor and Jacob Herrin and Catalin R. Picu and Tommy Sewell and John Brennan and James Larentzos and H. S. Udaykumar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.22174},
year = {2024}
}