计算机模拟固体推进剂贮存老化的研究进展

分析了微观和介观层面常用计算机模拟方法的特点及局限性,重点介绍了这些方法在构建固体推进剂微结构、判断组分相容性、研究交联降解机理及界面相行为等方面的应用,并展望了计算机模拟方法在固体推进剂老化研究中的发展前景,认为贯穿微观、介观和宏观的多尺度模拟研究将是今后老化研究的重点。     

丁羟胶玻璃化温度的模拟计算

丁羟胶的玻璃化转变温度(Tg)预测对丁羟推进剂的贮存、运输和使用具有重要的参考意义。根据丁羟胶的主要性质搭建合理的无定形端羟基聚丁二烯(HTPB)结构模型,选用COMPASS力场、在恒温恒压(NPT)系综下,采用分子动力学(MD)方法模拟计算HTPB在不同温度时的比体积。研究结果表明,比体积与温度的关系曲线斜率在Tg处会发生转折;模拟计算得到的Tg为208.00K,采用差示扫描量热(DSC)法实测得到的Tg为194.86K,两种结果在误差允许范围内基本一致,表明MD法可以用来预测丁羟胶的Tg。     

基于分子模拟方法选择推进剂键合剂的研究

为从界面吸附以探讨含有奥克托金(HMX)和铝粉的固体推进剂的键合剂,采用Material Studio软件Discover模块和COMPASS力场,在不同温度条件下,分别模拟常用的三(-2甲基氮丙啶-1)氧化磷(MAPO)和三乙醇胺(TEA)键合剂在HMX晶体表面和铝粉(Al2O3)表面的吸附后发现:(1)MAPO和TEA在Al2O3表面的吸附能远大于在HMX晶体表面的吸附能;(2)TEA对HMX晶体表面的吸附能高于MAPO,可以判定在该体系下TEA作为HMX键合剂效果优于MAPO,数值模拟结果同实验摹本吻合;(3)数值模拟结果表明,随着温度升高,界面吸附能力先增后减.     

丁羟推进剂微观结构的统计特性分析

为了表征丁羟推进剂的微观组成,分别用微CT扫描和数值计算两种方法得到了其微观结构.在数学模型中,将固体颗粒模型化为圆形和球形,利用基于分子动力学方法的随机颗粒堆积算法分别建立了丁羟推进剂二维和三维微观结构,并用Monte-Carlo方法计算了各相的两点概率函数.结果表明,建立的数值微观模型具有各态历经性、统计平均性和各...     

沿淮地区玉米干物质和氮磷钾积累研究

[目的]研究沿淮地区玉米(Zea mays L.)干物质和氮磷钾吸收积累的规律.[方法]于玉米出苗后20(拔节期)、32(大喇叭口期)、43(抽雄期)、59(抽雄后15 d)、74(抽雄后30 d)、104 d(收获期)共6个时期采集植株样品,测定干物质及氮磷钾含量.[结果]玉米地上部分(包括籽粒)最大干物质积累量为19 395.0 kg/hm<.2>,籽粒产量为9 225.0 kg/hm<.2>.出苗后21-74 d是玉米干物质的主要积累时期.氮磷钾的最大吸收量分别为189.4、141.6和324.6 kg/hm<.2>,每生产100 kg籽粒吸收的N、P205、K20分别为2.05、1.53、3.52 kg.[结论]从玉米氮磷钾的吸收量和吸收进程来看,在沿淮地区,肥料管理上要施足基肥,早追氮肥,这对该区玉米的合理施肥和提高玉米产量有重要的指导意义.     

基于MD方法的增塑剂扩散行为的模拟研究

为克服实验手段的不足,用分子动力学方法模拟丁羟推进剂粘接体系中增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)的扩散行为.利用分子模拟软件Materials Studio 4.3构建增塑剂和粘接体系的分子模型,选用COMPASS力场,对经几何优化后的混合体系进行分子动力学模拟,得到增塑剂在粘接体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程得到其扩散系数.环境温度为273, 298, 310, 323, 348 K时, DOS在丁羟推进剂粘接体系中的扩散系数分别为0.0010, 0.0020, 0.0025, 0.0031, 0.0043; DOS含量为23%,37.5%,47%,60%时,扩散系数分别为0.0025, 0.0020, 0.0018, 0.0015(单位10-4 cm2·s-1).结果表明: 随着温度的升高,扩散系数逐渐增大; 随着增塑剂含量的增加,扩散系数依次略有下降.     

丁羟推进剂模型体系中键合剂作用机理的分子模拟研究

为研究不同键合剂在丁羟(HTPB)推进剂中作用机理,采用分子动力学(MD)方法和COMPASS力场对固本填料(Al/Al_2O_3)晶面、键合剂及HTPB所组成的层面模型进行了模拟计算,求得了吸附能与静态力学性能,研究了键合剂对体系力学性能的影响;在303 K温度下对推进剂中氧化剂分解气体O_2和H_2O在键合剂膜层中的扩散进行了模拟,探讨了键合剂对推进剂抗老化性能影响.结果表明,键合剂加入能够增强固体填料同HTPB界面吸附能力,使体系弹性系数增强,刚度增加;而键合剂膜层对气体扩散的阻碍能力也同提高体系抗老化性能趋势一致.     

丁羟推进剂黏结体系中增塑剂迁移的分子模拟

为克服固体推进剂中增塑剂与黏结体系之间加速老化实验手段的不足,构建了增塑剂和黏结体系的分子模型.利用分子模拟方法在COMPASS力场下分析了增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)在由端羟基聚丁二烯(HTPB)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)组成的黏接体系中的相容性和扩散性.用无定形动力学方法计算组分的溶度参数,判断DOS与HTPB、IPDI的相容性.结果表明,DOS与HTPB、IPDI相容性较好.这与由共混方法计算的结合能得到相容性好的结论一致;通过分子动力学方法模拟计算得到增塑剂DOS在黏结体系(HTPB-IPDI)中的扩散系数为1.2×10-7cm2/s.     

3D C/SiC复合材料的热辐射性能

利用稳态量热计法和傅里叶红外光谱仪分别测定了3D C/SiC复合材料在90℃时的半球向总发射率和室温法向光谱反射率,研究了表面形貌、涂层厚度及高温氧化对3D C/SiC热辐射性能的影响。结果表明:3D C/SiC具有优异的热辐射性能,其总发射率可达0.83;随着SiC涂层厚度的增加,3D C/SiC总发射率先降低后上升;高温氧化后,3D C/SiC的热辐射性能有所提高。      

键合剂对HTPB与Al/Al2O3之间界面作用的分子模拟

采用分子动力学(MD)方法和COMPASS力场,研究了键合剂对丁羟推进剂中端羟基聚丁二烯(HTPB)与Al/Al2O3之间界面的吸附能与力学性能.结果表明,键合剂在Al2O3晶面的吸附能高于HTPB在Al2O3晶面的吸附能,而在Al晶面的规律并不明显.键合剂(TEA)与HTPB在Al2O3晶面吸附能远高于在Al晶面,Al2O3晶体(010)晶面高于 (001)晶面,Al晶体(001)晶面高于(011)晶面.两晶面中吸附能愈高,力学性能愈好.几种键合剂对吸附体系力学性能(弹性模量)的作用次序:TAZ＞TEA＞MAPO·HAC＞MAPO＞HX-752.