PEG/N-100中增塑剂扩散性能的微观与介观模拟

为探究含能钝感增塑剂三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)在硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂黏合剂中的扩散性能,采用分子模拟(MD)法比较了硝化甘油(NG)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)及TMETN在聚乙二醇/固化剂(PEG/N-100)中的扩散系数、分析了扩散机理,并讨论了温度及增塑比对TMETN扩散性能的影响。结果表明:增塑剂扩散系数的大小顺序为NGBTTNTMETN,这说明TMETN的扩散能力较弱;从微观角度分析扩散的机理为:增塑剂与预聚体的分子间相互作用越强、体系的自由体积分数越小、增塑剂分子的尺寸越大,则增塑剂越难发生扩散;在三种增塑体系中,TMETN与PEG/N-100的结合能力最强、原子间氢键作用最强、该体系中PEG/N-100的自聚集能力最弱,且TMETN分子尺寸最大,故而TMETN最难发生扩散;随着温度升高,TMETN扩散系数的增加先缓慢后剧烈,这与高温加速老化的规律保持一致,分析温度对扩散机理的影响为:高温使原子间氢键作用峰值减小、位置后移,即增塑剂与黏合剂的相互作用减弱,并且体系的自由体积分数也变大;随着增塑比的增加(2.5、2.8、3),TMETN扩散系数减小,介观研究表明体系的相容性变好是其中的原因之一。     

NG/TMETN混合增塑PEG体系的力学、感度及相容性能

为改善硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的安全性,采用分子动力学和介观动力学模拟,探索了混合增塑剂NG/TMETN(硝化甘油/三羟甲基乙烷三硝酸酯)增塑聚乙二醇(PEG)的力学性能、感度和相容性,设计的体系有PEG/NG、PEG/TMETN、PEG/NG/TMETN-1、2、3(NG∶TMETN的质量比为3∶1,1∶1,1∶3)。结果表明:在五种体系中,PEG/TMETN具有最优的力学性能、最低的感度和最佳的相容性;但是考虑到TMETN的能量较NG低,研究发现"混合增塑体系"综合了NG的高能量和TMETN的优异性能,在PEG/NG体系中掺入TMETN可有效降低体系的感度、减弱PEG的结晶性和NG的自聚集情况、改善体系的相容性(介观形态分布更加均匀);虽然混合增塑体系的力学性能较单一增塑体系的略差,但当TMETN含量较高时(NG∶TMETN为1∶3),体系的力学性能得到了改善、且具有良好的加工性能;此外,增塑剂与PEG的分子间氢键可以较好地描述混合增塑体系(组分相同)的力学性能,而单一增塑体系的力学性能受物质本身性质和结构的影响更大;最大引发键键长和内聚能密度均可以表征混合增塑体系的热感度。     

TMETN/NG混合增塑剂及NC共混体系的性能模拟

为了探索高能钝感混合增塑剂与含能粘合剂相互作用对于体系性能的影响,以硝化棉(NC)为粘合剂,构建了含有三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)、硝化甘油(NG)以及三种不同质量比TMETN/NG混合增塑剂的五种共混模型。采用Materials Studio软件,利用分子动力学(MD)方法模拟了各共混体系的相互作用、力学性能、径向分布函数、O—NO2最大引发键长(Lmax)等参数。结果表明,共混模型中TMETN含量增加时,共混体系的结合能降低。含有混合增塑剂的共混模型力学性能优于单组分增塑剂共混模型。NG与TMETN质量比为3∶1时,两种硝酸酯增塑剂可以同时与NC建立强的氢键作用,并为共混体系提供较高的模量与较低的最大引发键长。结果显示,调整混合增塑剂质量比可以增强体系各组分的相互作用,从而提升共混体系的力学性能及引发键的稳定性。     

SBS增韧石蜡/增塑剂共混相容性的分子动力学模拟

增韧石蜡应用于高聚物粘结炸药(PBX)可提高其力学性能,设计了四种增韧石蜡与增塑剂的配方,建立了增韧石蜡(Wax)与邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、癸二酸二辛酯(DOS)、硝化甘油(NG)和乙酰基柠檬酸三丁酯(ATBC)的共混模型,采用分子动力学方法模拟研究了增韧石蜡与增塑剂的相容性以及共混体系中分子间相互作用的本质。结果表明,通过溶度参数、可混合性模拟、结合能以及分子间径向分布函数四个判据可综合评价苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)增韧石蜡与增塑剂的相容性。其中溶度参数模拟值与实验值的相对误差在3%以内;可混合性模拟可以快速预判两种物质之间的相容性;ATBC与SBS增韧石蜡的结合能最大,为2.7 k J·g~(-1);SBS增韧石蜡与增塑剂之间相互作用的本质是范德华力和静电力,以范德华力为主。3种增塑剂与SBS增韧石蜡的相容性优劣次序为ATBCDOSDBP,NG与SBS增韧石蜡不相容。     

NEPE推进剂/衬层/绝热层界面迁移组分定量分析

应用高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)对含硝酸酯的聚醚(NEPE)推进剂/端羟基聚丁二烯(HTPB)衬层/三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层Φ25圆柱标准粘接试件粘结界面主要迁移组分进行了定量分析研究。研究结果表明,HPLC适合于同时测定粘接界面主要迁移组分增塑剂硝化甘油(NG)、丁三醇三硝酸酯(BTTN)、功能助剂AD;GC法适合于测定增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)。采用建立的相应方法测定衬层中这四个组分,结果变异系数小于6%,样品回收率大于90%,测定方法准确度和精密度可满足一般测定要求。样品测定结果表明,推进剂中的NG、BTTN、AD可向衬层和绝热层迁移,其中衬层中含量较高,AD比NG、BTTN迁移更为明显,且AD易在衬层富聚。衬层中的DOS则只向绝热层迁移,不向推进剂迁移。     

NEPE推进剂贮存老化性能研究

为考察硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的热老化特性,研究了其在60,70,80℃下的热失重百分数、硬度、凝胶百分数、相对交联密度以及增塑剂BTTN和NG含量的变化。结果表明:由于NEPE推进剂中增塑剂的挥发和分解,其热失重百分数、硬度随老化时间的延长而增加,因粘合剂降解断裂,其凝胶百分数和相对交联密度随老化时间的延长而降低;增塑剂BTTN和NG含量随老化时间的延长而降低,且BTTN和NG含量的损失符合一级反应规律。NEPE推进剂的热老化机理主要是增塑剂硝酸酯的分解和挥发,粘合剂的降解断链。     

聚氨酯弹性体中NG和BTTN迁移的介观模拟

为在介观尺度下研究聚氨酯弹性体中的硝酸酯增塑剂硝化甘油(NG)和1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)的迁移扩散现象,运用分子模拟软件Materials Studio进行了耗散粒子动力学DPD模拟计算。搭建了粗粒化的介观模型,用此模型计算了NG和BTTN在聚氨酯弹性体中的扩散系数。计算得到NG的介观扩散系数为1.80×10-12m2·s-1,BTTN的扩散系数为0.21×10-12m2·s-1,与文献报道NG的微观扩散系数0.65×10-12~11.10×10-12m2·s-1处于同一数量级上。预聚物分子量提高、温度升高后扩散系数增大,但硝酸酯含量提高后扩散系数降低,同等条件下NG的扩散系数大于BTTN。介观分子模拟计算结果与文献报道值和理论趋势较为符合,说明搭建的硝酸酯/聚氨酯粗粒化模型可以用于考察NG和BTTN在聚氨酯中扩散的情况。     

含TMETN的钝感推进剂燃烧特性数值模拟

通过分析三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)热分解特性,确定了TMETN的化学结构参数,模拟了含TMETN的钝感低特征信号推进剂的燃速和压强指数数据,阐明了TMETN对此类推进剂燃烧性能的影响规律,论述了某种有机钾盐消焰剂(KD)对此类推进剂燃速的作用效果。数值模拟结果显示,理论计算值与实测值吻合的很好;含TMETN的钝感低特征信号推进剂燃速随TMETN含量增加而降低,其压强指数增加;KD可提高此类推进剂的燃速,并可辅助“铅-铜-炭”复合燃烧催化剂增强此类推进剂的平台作用效果。     

HTPB与增塑剂相容性评价的分子动力学模拟

为评价端羟基聚丁二烯(HTPB)与增塑剂相容性的优劣,采用分子动力学(MD)模拟方法对纯HTPB、增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)、己二酸二辛酯(DOA)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)及HTPB与增塑剂组成的共混物的密度、结合能和径向分布函数等进行了计算。结果表明:比较纯物质溶度参数差值(Δδ)的大小,共混物密度增加值,结合能及分子间径向分布函数值大小均可以得出增塑剂相容性优劣次序为HTPB/DOSHTPB/DOAHTPB/DOPHTPB/DBP。     

叠氮纤维素结构和溶度参数的分子模拟

为了研究叠氮纤维素(AC)的结构及其与增塑剂的混溶性,运用分子力学(MM)和分子动力学(MD)法结合COMPASS力场对其结构和溶度参数进行了模拟。结果表明,模拟得到的红外光谱数据和X射线衍射谱图与实验数据吻合较好;298 K时叠氮纤维素的溶度参数模拟值为20.86(J·cm-3)1/2。预测其与常见增塑剂的混溶性优良次序为:硝化三乙二醇(TEGDN)>硝化二乙二醇(DEGDN)≈丙酮(acetone)>硝化甘油(NG)>1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)。     

某小型遥控武器站发射动力学仿真

为得到遥控武器站精度较好的工况,对小型遥控武器站进行发射动力学分析。将搭建小型遥控武器站的 3 维模型导入 ADAMS 软件中,进行发射动力学仿真。在 ADAMS 软件中建立小型遥控武器站的刚柔耦合动力学虚 拟样机模型。在 3 种不同姿态下进行单发和三连发 2 种不同工况下,对小型遥控武器站进行仿真模拟。结果表明： 其射击精度与发射时的姿态存在明显关系,其俯仰角度越大,精度越差。该研究对遥控武器站的设计研发和性能评 价提供一定的参考。     

某型破甲弹动态威力数值模拟

采用AUTODYN-2D非线性动力学分析软件Euler数值技术对某型破甲弹侵彻RHA（均质装甲钢）及多层间隙铝靶进行数值模拟.该型破甲弹能够侵彻450mm厚RHA,剩余能量继续贯穿两块3.5mm间隙铝靶.数值模拟与试验结果相当吻合.     

复杂维修系统的动力学行为仿真

装备维修系统是复杂的动力学系统，其不同构成之间的相互作用导致维修系统的动态变化。从信息的角度看，维修需求的变化是驱动整个系统运作的关键，从而为实现维修系统的有效管理和控制，必须深入理解维修系统变化的内在动力学行为，特别是系统的暂态行为。系统仿真方法为分析暂态行为提供了可能，为此论文考虑了两级维修体制下一类装备的维修系统，分析了其运作过程并由此设计和实现了相应的仿真框架和算法。算例的仿真结果表明了仿真框架和算法的有效性，并揭示了传统随机过程方法所未能展示的维修系统的非线性动力学行为。     

高频点射步枪动力学仿真分析

为提高步枪的命中概率,研究了一种新概念高频点射枪弹和高频点射步枪.基于凯恩多刚体动力学理论,建立了射手与步枪系统的发射动力学模型,进行了高频点射步枪人杌耦合系统发射动力学的数值仿真,得到了射手及步枪等效体在发射过程中的运动参敷.分析了连发射击过程中枪管位置状态的变化情况,从理论上证明了步枪以高频点射方式发射时能够有效控制射弹散布.分析结果表明,在提高命中概率方面,高频点射步枪比传统步枪有优势.     

CL-20/DNB共晶高温热解的ReaxFF反应分子动力学模拟

基于Reax FF力场,采用反应分子动力学方法(Reactive Molecular Dynamics,RMD)研究了高温条件下(2000,2500 K和3000K)六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1,3-二硝基苯(DNB)共晶的初始热解机理以及一些主要产物随时间的分布情况。结果表明:CL-20/DNB共晶热解过程中温度越高,系统达到平衡所需时间越短,生成的产物越多,势能下降也越多。各个温度下CL-20均先于DNB快速分解完毕,随温度升高DNB的热解速率显著加快。CL-20/DNB共晶主要热解产物为NO_2、NO、N_2、H_2O、HNO3、HON、HONO和CO_2等,其中NO_2是由CL-20中N—NO_2键和DNB中C—NO_2键的断裂所生成,这是主要的初始引发反应,其数量迅速达到最大值后通过异构化生成ONO自由基,接着进一步生成N_2、NO、HONO、HON和H_2O等。在2500 K和3000 K条件下模拟后期体系中会有较大的含碳团簇出现,这是富碳炸药爆轰过程中的常见现象。     

履带车辆在坚实地面转向瞬态过程模拟计算

该文从理论上分析了履带车辆转向瞬态过程的动态响应,建立了履带车辆转向过程(包括高速转向)的动力学模型,并编写相应程序进行了仿真计算.计算结果与试验结果的对比分析说明所建模型与实际履带车辆的转向动态过程是基本一致的.     

机电系统动力学数字仿真可信性研究与应用

以复杂机电系统动力学数字仿真为背景，阐述了数字仿真可信性的概念、理论与研究方法。研究了数字仿真稳态性能与瞬态性能可信性的定量评估方法，给出了应用实例。     

履带车辆越障过程的动力学仿真

研究高速履带车辆越障过程的动力学响应,以多刚体动力学理论为基础对高速履带车辆悬挂系统建立动力学模型。模型中特别考虑了履带的影响,将其抽象为履带环绕惯性力和履带张力之和。通过Matlab/SimuLink环境对所建模型进行了计算机仿真,并将仿真结果与实车实验结果进行对比分析,结果表明了模型的可信度。本文所建模型和建模采用的方法对履带车辆的系统设计和动力学分析具有积极的作用。     

弹簧液压式延迟后坐枪机的动力学仿真

提出了一种新型的由机头、机体、液体和弹簧等多个构件组成的弹簧液压式延迟后坐枪机，建立了自动机的动力学模型，并进行了仿真计算。结果表明：新原理、新结构的延迟后坐枪机是可行的；小质量的机头减小了机头复进到位和后坐到位对机匣的撞击；机头后坐开始阶段受到较大的液压阻力的制动；在液压阻力的作用下机体后坐到位时与机匣之间没有撞击。     

一维超声速进气道运动激波的动态仿真

对超声速进气道进行了一维流场数值模拟,给出了稳态和动态仿真结果.阐述了两种进气道不启动产生的两种物理机制,分析了其动态行为的描述方法及其内在物理根源.