周婷婷
- 作品数：9 被引量：48H指数：4
- 供职机构：北京应用物理与计算数学研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中国工程物理研究院科学技术发展基金爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金更多>>
- 相关领域：理学化学工程兵器科学与技术更多>>
- 冲击载荷下炸药晶体内滑移和化学反应的分子动力学研究
- 周婷婷宋华杰黄风雷
- 冲击载荷下TATB晶体滑移和各向异性的分子动力学研究被引量：1
- 2017年
- 采用ReaxFF反应力场和分子动力学方法,研究了1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)炸药晶体在沿不同方向冲击载荷下的滑移和各向异性。冲击方向分别垂直于(101)、(111)、(011)、(110)、(010)、(100)和(001)晶面,冲击强度为10 GPa。研究结果表明,各冲击方向下可能被激发的滑移系均在{001}面,而其它滑移系均因很大的剪切阻力不容易被激发,这与TATB晶体沿c轴的层状结构和平面分子结构相符。预测了七个冲击方向下最容易被激发的滑移系,分别为(101)/{001}<100>、(111)/{001}<010>、(011)/{001}<010>、(110)/{001}<010>、(010)/{001}<110>、(100)/{001}<120>和(001)/{001}<010>。TATB晶体的冲击响应具有各向异性,动力学过程中体系的应力、能量、温度和化学反应都依赖于冲击方向。对垂直于(100)和(001)晶面的冲击,体系在滑移过程中遭遇的剪切阻力较高、持续时间较长,使得能量和温度较快升高,化学反应较容易发生;对垂直于(101)和(111)晶面的冲击,体系在滑移过程中遭遇的阻力较小且出现次数少,使得能量和温度缓慢升高,化学反应不易发生;对其余冲击方向,体系的响应居中。据此评价了7个冲击方向的相对敏感程度:(101)、(111)<(011)、(110)、(010)<(100)、(001)。本研究有助于在微观层次深入认识动载荷下TATB的响应机制、结构与性能的关系,为高能低感炸药的设计和研制提供理论参考。
- 周婷婷宋华杰黄风雷
- 关键词：TATB各向异性REAXFF分子动力学
- 基于微裂纹界面摩擦生热的点火模型被引量：3
- 2015年
- 开展了基于微裂纹界面摩擦生热的细观点火模型研究,采用有限元方法对包含化学反应放热和摩擦生热的热传递方程进行了离散求解,计算模型中考虑了炸药颗粒熔化对升温过程的影响。着重分析了点火模型中主要参数(热点尺度、应变率和界面压力)对炸药点火的影响规律。数值研究表明,随着热点尺度的增大,热点的温度上升越快,越容易发生点火;应变率越大或者界面压力越高,热量积累越快,炸药越容易点火。
- 楼建锋张延耿洪滔周婷婷郭少冬
- 关键词：有限元方法微裂纹应变率
- 低压长脉冲载荷下β-HMX单晶滑移系的微观物理化学响应被引量：3
- 2014年
- 采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法,从炸药弹塑性微观机制出发,研究了在低压长脉冲载荷下β-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(β-HMX)炸药单晶中最有可能的七组滑移系的微观物理化学响应.模拟结果表明沿着垂直于(001)、(101)、(100)、(011)、(111)、(110)、(010)晶面的长脉冲作用方向,这七组滑移系呈现不同的物理化学响应.体系的剪切应力、能量、温度以及化学反应与长脉冲作用方向存在明显的依赖性:对(010)晶面,体系的剪切应力位垒高,能量和温度升高得快,化学反应很快发生,反应敏感度最高;对(001)晶面,体系的剪切应力位垒低,能量和温度变化缓慢,化学反应很难发生,因此反应敏感度低.滑移系的反应敏感度与滑移面两侧的分子间接触程度(即空间位阻)以及接触原子或基团间的反应活性紧密相关.对空间位阻大且相互接触的原子或基团容易发生反应的方向,滑移系的反应敏感度就高;对空间位阻小或相互接触的原子或基团不容易发生反应的方向,滑移系的反应敏感度就低.具有较高化学反应敏感度的滑移系被认为与单晶炸药中的"热点"起源有关.本研究为进一步发展更加合理和可靠的感度评价方法提供了理论支撑.
- 宋华杰周婷婷黄风雷洪滔
- 关键词：HMX弹塑性滑移系感度REAXFF分子动力学
- 基于力热耦合材料模型的Steven试验数值模拟方法被引量：5
- 2017年
- 在力热耦合材料模型中,增加炸药自热放能模型,建立了Steven试验的力-热-化耦合的数值模拟方法。数值计算模型中,应力应变关系采用双线性硬化弹塑性模型,炸药受力后的热作用采用各向同性热材料模型,炸药的化学反应采用Arrhenius反应率函数,同时还考虑了升温和熔化对材料力学、热学性能的影响。针对标准Steven试验,通过数值分析得到了靶板的变形情况和炸药点火的速度阈值,将计算结果与实验数据进行了比较,两者符合较好。表明该方法可以较好地模拟Steven试验,而且与以往的分析模型和方法相比,本文的方法不需要增加经验性的点火准则和判据,具有更广泛的适用性,可以为研究低速撞击条件下炸药的力热响应和局域化点火问题提供参考。
- 楼建锋张延耿周婷婷洪滔
- 高压下β-HMX热分解机理的ReaxFF反应分子动力学模拟被引量：21
- 2012年
- 采用ReaxFF反应分子动力学方法研究了不同压缩态β-HMX晶体(ρ=1.89,2.11,2.22,2.46,2.80,3.20g.cm-3)在T=2500K时的热分解机理,分析了压力对初级和次级化学反应速率的影响、高压与低压下初始分解机理的区别以及造成反应机理发生变化的原因.发现HMX的初始分解机理与压力(或密度)相关.低压下(ρ<2.80g.cm-3)以分子内反应为主,即N-NO2键的断裂、HONO的生成以及分子主环的断裂(C-N键的断裂).高压下(ρ≥2.80g.cm-3)分子内反应被显著地抑制,而分子间反应得到促进,生成了较多的O2、HO等小分子和大分子团簇.初始分解机理随压力的变化导致不同密度下的反应速率和势能也有所不同.本文在原子水平对高压下HMX反应机理的深入研究对于认识含能材料在极端条件下的起爆、化学反应的发展以及爆轰等具有重要意义.
- 周婷婷石一丁黄风雷
- 关键词：HMX热分解REAXFF分子动力学
- 含孔洞炸药晶体HMX冲击响应的分子动力学模拟被引量：1
- 2024年
- 动载荷下炸药晶体缺陷与热点形成的关联是当前含能材料领域的研究热点之一,理解热点形成机制及其对炸药起爆和感度的影响对于炸药安全性评估和研制安全弹药至关重要。本研究采用ReaxFF反应力场和分子动力学方法,对含圆柱形孔洞的炸药单晶奥克托金(HMX)在冲击载荷下的动态响应进行了研究,并探究了孔洞尺寸和双孔洞的影响。结果表明,冲击载荷下孔洞的塌缩过程分为3个阶段,即孔洞上游的塑性变形、上游原子向孔洞中心和下游运动形成流动原子、流动原子与下游碰撞。热点形成的主要机制是流动原子与下游碰撞使得动能转换为热能导致温度快速升高。热点的高温诱发了局部化学反应,HMX分子中N─NO2键断裂生成NO2是主要的初始反应机制。圆柱形孔洞的塌缩过程和热点形成机制与球形孔洞是相似的,但圆柱形孔洞的汇聚效应更弱、形成的流动原子速度更低,导致热点温度显著降低、化学反应更弱。此外,圆柱形孔洞在塌缩过程中在其周围形成了剪切带,这在球形孔洞中没有出现。随着孔洞尺寸的增大,流动原子的速度提高、剪切带变宽、热点温度升高且面积增大,进而引发了更剧烈的化学反应。对于沿冲击方向排布相距一个孔洞半径的双孔洞,孔洞塌缩过程与单孔洞是类似的,但由于冲击波在传过上游孔洞后压力有所降低,导致下游孔洞在塌缩过程中形成的流动原子速度更小、热点温度更低。本研究有助于深入理解晶体缺陷对炸药热点形成与起爆机理的作用,为宏观理论建模提供物理机制与规律认识。
- 周婷婷楼建锋
- 关键词：炸药孔洞分子动力学
- HMX不同晶型热膨胀特性及相变的ReaxFF分子动力学模拟被引量：11
- 2012年
- HMX(octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine)晶体不同晶型对温度的响应对于深入认识含能材料在外加载荷下的感度、稳定性、相变等具有重要意义.采用ReaxFF-lg势函数和等温等压分子动力学(NPT-MD)方法,研究了β-,δ-和α-HMX三种固态晶型在T=303—503K内的晶体结构和分子结构.结果表明,ReaxFF-lg势函数能够合理地描述HMX晶体的热膨胀行为,计算得到的晶体结构和热膨胀系数与实验数据比较符合.三种晶型的线膨胀系数表明,β-HMX晶体具有明显的热膨胀各向异性;δ-HMX晶体c轴的热膨胀特性与a,b轴略有不同;α-HMX晶体三个方向的热膨胀特性基本相同.三种晶型的体膨胀系数为δ-HMX>α-HMX>β-HMX,表明δ-HMX晶体对温度最敏感,这可能是δ-HMX晶体具有更高感度的原因.在T=443K时,β-HMX晶体的晶胞参数突变,且部分分子构型由"椅式"转变为"船式-椅式".采用两相热力学模型(2PT)得到的亥姆赫兹自由能表明,β-HMX晶体在T=423—443K时发生相变.β-,δ-和α-HMX晶体分别在T=303—423K,T=443—503K和T=363—423K内稳定存在.
- 周婷婷黄风雷
- 关键词：HMX热膨胀相变REAXFF
- PBX炸药含各向异性损伤的黏弹性统计微裂纹本构模型初步研究被引量：6
- 2016年
- 建立含损伤本构模型是研究炸药动态力学响应规律的基础。基于PBX炸药材料的宏观黏弹性特征和细观上微裂纹面的方向性,建立了含各向异性损伤的黏弹性统计微裂纹(Aniso-Visco SCRAM)本构模型,简化后得到单轴应力加载下的本构方程。利用数值计算程序,以PBX9501为例,分析了微裂纹扩展的各向异性、PBX炸药破坏强度及临界应变的拉压异性和应变率相关性,考察了微裂纹数密度、初始微裂纹尺寸、微裂纹面摩擦系数及断裂表面能4个主要参数的敏感性及影响规律。结果表明,它们对微裂纹的扩展演化有较大影响,进而导致材料表现出不同的力学响应。
- 张延耿楼建锋周婷婷洪滔张树道
- 关键词：PBX炸药各向异性损伤单轴加载
