含能材料分子设计与性能预估研究

本文应用主成分分析(PCA)、遗传算法(GA)等方法进行变量选择确定对含能材料爆轰性能影响显著的分子结构描述符,再用偏最小二乘(PLS)和人工神经元网络等方法建立含能材料预测模型。通过预测模型进行计算,预测密度、爆速、生成焓和爆压等爆轰性能参数。与已知的爆轰性能参数比较,其准确度可达到98%。这说明了模型的准确性,可以用于未知含能材料的爆轰性能的预测。     

基于B/S模式的含能化合物信息管理系统

为了将现有含能化合物的大量文字资料转化为数字资料,同时增强检索功能,方便科研人员使用,设计、开发了能够存储含能化合物基本信息、物化性能数据、爆轰性能数据和感度性能数据的数据库.该数据库涵盖了含能化合物的重要性能,实现了多用户对含能化合物二维结构及性能精确与模糊检索的功能,提高了检索的命中率和查全率.同时,该数据库为管理员提供了方便添加、删除、修改信息的操作,便于维护,保证了系统的稳定性及安全性.     

基于遗传算法的偏最小二乘法在预测含能材料爆轰性能中的应用

运用偏最小二乘(PLS)和遗传算法(GA)预测含能材料的爆炸性能。利用GA在"分子结构—爆炸性能(QSDR)"数据中选取较少的变量个数,以较少的变量个数包含较多的变量信息,再用PLS进行结构性能模型的建立和性能预测。将这种方法应用于呋咱和芳香类含能材料的性能预测当中,可以验证方法的有效性。     

基于遗传算法的支持向量机预测含能材料密度的研究

基于遗传算法(genetic algorithm,GA)的变量筛选和支持向量机(support vector machine,SVM),提出了一种改进的定量结构-性质相关(quantitative structure detonation relationship,QSPR)建模方法——遗传-支持向量机(GA-SVM),并用其建立含能材料的定量结构-爆轰性能关系(QSDR)模型,此外还应用标准SVM方法建立了QSDR模型,并用这2种模型进行呋咱系含能化合物密度的预测,随机选取85%化合物作为训练集,用来建立模型,其余化合物作为测试集来测试模型的预测能力。预测结果的交互检验的相关系数平方分别为0.9887和0.9885,平均相对误差分别为1.16%和2.12%,表明了2种建模方法的有效性。通过对2种模型的预测能力进行比较,GA-SVM方法建立的QSDR模型能更好地预测呋咱系含能化合物的密度,更利于实际应用。     

一种改进的遗传算法在含能材料设计中的研究与应用

在本文中作者提出了一种改进的遗传算法,并将该方法引入到"分子结构——爆炸性能"(QSDR)关系研究中,对变量进行筛选、建立结构性能关系模型,并可利用该模型预测含能材料的爆炸性能。将该方法应用于呋咱类系列化合物,取得了较好的效果,证明了方法的有效性。     

基于光滑粒子动力学方法的爆轰波对碰实验数值仿真

为分析爆轰波对碰实验及不同材料飞层在爆轰波对碰作用下的动力学响应,采用能处理断裂和复杂界面的光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法进行数值模拟.采用二维轴对称SPH离散形式,光滑函数采用B-样条函数;利用二维流体动力学程序进行数值模拟.数值模拟结果与实验结果符合较好...     

含能材料表面分形维数计算及其对摩擦感度影响

含能材料颗粒的表面粗糙度极大地影响了含能颗粒群的热传导性能,进而直接影响了其感度变化。但由于含能材料表面形貌极不规则,很难用传统的方法对其粗糙度进行定量描述。为了解决此问题,本文基于分形理论的基本原理,采用表面分形维数对其进行表征,以3种制备方法下的HMX颗粒为研究对象,利用MATLAB的图像处理和数值计算功能,计算得到了3组HMX颗粒的表面分行维数,并将此方法的计算结果与文献计算结果进行了对比实验。结果表明该计算方法准确、可靠。并且通过爆炸概率法实验探究了不同表面分形维数对3组HMX颗粒摩擦感度的影响,结果表明,摩擦感度随Ds增大而增大,但是其还与颗粒的晶型,粒径等因素有关,最后用热点学说对实验结果进行了分析。     

考虑液滴尺寸分布气液两相爆轰流场数值仿真

研究脉冲爆轰发动机喷射装置模型问题,针对两相爆轰流场中燃料液滴半径实际上分布的不均匀性,为了建立更符合实际的模型,提出了多尺寸分布的两相爆轰方程.应用二维守恒元和求解元方法(CE/SE方法)对其进行数值仿真,得到了液滴初始半径分布对管内流场的影响.液滴初始半径分组时爆轰波速度介于不分组时最小液滴半径和最大液滴半径的计算值之间;分析了液滴初始半径不同分组时,液滴平均半径越小,爆轰波最大压力和爆轰波出口速度越大.仿真结果证明用CE/SE方法可有效捕获两相爆轰波间断能力.研究成果为脉冲爆轰发动机喷射雾化装置设计提供设计依据.     

苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(BTDO)及其硝基衍生物爆轰性能的量子化学研究

用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G*的基础上,全优化计算了苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物及其硝基衍生物的几何构型,包括其与5-硝基取代物,7-硝基取代物和5.7-二硝基取代物,分别用(1),(2),(3),(4)表示。通过PM6方法计算出物质的生成热,并研究了热力学参数和温度的关系式。用Monto-Carlo方法,基于0.001 e.born-3等电子密度面包围的空间求得分子平均摩尔体积和理论密度,用Kamlet-Jacobs方程基于理论密度和生成热计算各物质的爆热,爆速和爆压。结果表明:苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物上的苯环发生硝基取代后,5位取代比7位取代的C-NO2更容易发生断键,5,7-二硝基苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物的生成热和爆轰性能最好,其值接近于环三亚甲基三硝胺(RDX)。4种物质的生成热的大小顺序是(4)(2)(1)(3),说明5位硝基取代后能有效地增大物质的生成热。爆轰性能的大小顺序是(4)(2)(3)(1),说明硝基基团能有效地增大物质的爆轰性能,且对苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物来说,5位取代的效果要比7位取代好。     

二相湍流爆轰流场的数值仿真

研究脉冲轰发动机效率优化设计问题,由于湍流对两相爆轰流场有较大影响,要求明确两相爆轰流场的特点.为了进一步明确上述问题,提出建立轴对称两相爆轰低雷诺数湍流模型,应用求解元与守恒元方法(简称CE/SE方法)进行数值仿真.仿真结果表明,湍动能随着爆轰波的传播而前进,且湍动能值在管子的中心部位较大.明确气相轴向速度在爆轰波阵面上比径向速度大的特点.仿真也为爆轰湍流流场效能的认识和提高脉冲发动机效能的设计提供了理论指导.     

PCA-ANN对炸药爆速的预测研究

以炸药分子的结构描述符和爆轰性能等参数,利用主成分分析(PCA)结合BP神经网络的方法,建立了炸药分子结构与爆速之间的定量关系预测模型,并对20种炸药的爆速进行了预测,其相对误差均低于9%.结果表明,所建立的模型较好地反映了炸药分子结构与爆速之间的关系,具有较高的预测精度.该方法为设计新型炸药分子时正确估算其爆速提供了一条新的途径.     

流体力学仿真软件可信度评估与预测能力

针对爆轰流体力学过程的控制方程和辅助方程,剖析模型参数、模型形式和数值方法等的不确定因素,列举爆轰流体力学模型的不确定性因素并开展敏感度分析。针对几个重要参数,发展高维参数抽样技术,结合爆轰产物JWL状态方程的圆筒试验,开展自主研发的爆轰弹塑性流体动力学LAD2D仿真软件的可信度评估研究,给出可信度评估结果。此方法和研究思路为复杂工程仿真软件可信度评估提供一种有效手段。     

On the necessity of having a correct model of heat release in simulating the multifront structure of a detonation wave

Simulation results of the multifront cellular structure of a detonation wave in dilute hydrogen-oxygen mixtures are described. The aim of the present work is to assess the sensitivity of two-dimensional simulations to the parameters of the two-stage model of hydrogen-oxygen combustion, which determine the chemical kinetics of heat release. Based on the results of the simulations, it is proved that the modification of the two-stage model of hydrogen-oxygen combustion put forward previously, as well as the method for evaluating its parameters are necessary in practical applications to provide realistic simulation of detonation waves in dilute hydrogen-oxygen mixtures.     

一种新型离子探针在爆震波传播速度测量中的应用

为给脉冲爆震发动机（PDE）的高温高冲击非稳态工作环境下的爆震波传播速度测量提供具有工程实践意义的技术支持,为爆震发动机性能分析提供可靠的测试信号,研究基于离子电流的爆震波传播速度的传感技术,设计了一种新型离子传感器。通过单次爆震试验和多循环爆震试验发现,其耐高温、耐冲击、抗积碳能力强,可靠性高,成本低,其测量计算所得爆震波传播速度和压力传感器测量计算所得结果一致,可替代压力传感器进行爆震波速度测量。     

An improved CE/SE scheme for numerical simulation of gaseous and two-phase detonations

A new structure of solution elements and conservation elements based on rectangular mesh was proposed and an improved space-time conservation element and solution element (CE/SE) scheme with second-order accuracy was constructed. Furthermore, the application of improved CE/SE scheme was extended to detonation simulation. Three models were used for chemical reaction in gaseous detonation. And a two-fluid model was used for two-phase (gas-droplet) detonation. Shock reflections were simulated by the improved CE/SE scheme and the numerical results were compared with those obtained by other different numerical schemes. Gaseous and gas-droplet planar detonations were simulated and the numerical results were carefully compared with the experimental data and theoretical results based on C-J theory. Mach reflection of a cellular detonation was also simulated, and the numerical cellular patterns were compared with experimental ones. Comparisons show that the improved CE/SE scheme is clear in physical concept, easy to be implemented and high accurate for above-mentioned problems.     

Solving a singular DAE model of unconfined detonation

We consider a simplified model of an unconfined one-dimensional detonation problem, giving a brief survey of the history of the problem and of its numerical solution. This problem with its mathematical features is typical of those solved commercially by ICI plc, and the specific values used for the chemical constants in the example are typical of those of interest. Unfortunately, not all obvious methods work well, because of the singular nature of the problem at the Chapman-Jouguet shock front. We concentrate on shooting methods for the detonation problem based on backward differentiation formula integrators, and present a new analysis which explains how these methods work. Finally, we outline some possibilities for further work, including discussing a more general detonation problem, previous solutions and potential future solution methods.     

气液两相脉冲爆轰发动机的建模和仿真

研究脉冲爆轰发动机喷射混合装置设计问题,针对两相爆轰流场中燃料液滴半径和数量实际上分布的不均匀性,为了建立更符合实际的模型,提出了气液两相爆轰的欧拉-拉格朗日模型,对气相采用CE/SE方法求解,液相采用四阶龙格库塔法求解。得到了液滴在爆轰管内的分布及对管内流场的影响。分析了填充速度和点火能量,不同液滴半径,单液滴粒径模型和Rosin-Rammler分布模型对燃烧转爆轰过程的影响。仿真结果表明,减小液滴半径,提高气液混合均匀程度和加快填充速度(点火能量足够大时)都可缩短点火起爆距离和时间,并为脉冲爆轰发动机提供了设计依据。