北京理工大學陳朗教授團隊：《分子動力學計算炸藥爆轟學》

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炸藥爆轟是通過爆轟波在炸藥中傳播，使炸藥發生快速化學反應，釋放大量熱量和氣體產物的過程。炸藥爆轟波是一種帶化學反應的沖擊波，其速度高達每秒數千米，反應區時間寬度在幾十到幾百納秒，溫度高達數千度，壓力高達數十萬大氣壓。面對如此快速高溫高壓的反應過程，直至目前，人們仍然沒有有效的實驗手段，觀測炸藥爆轟波內化學反應的細節過程。由于缺乏對炸藥爆轟化學反應本質機理的認識，人們過去在處理炸藥爆轟理論計算問題時，往往只能忽略化學反應，建立依靠試驗標定的“唯象”模型來描述炸藥爆轟反應，在宏觀層面上采用流體力學計算方法進行計算。這種方法雖然能夠解決很多工程計算問題，但仍然高度依賴于試驗，無法獲得炸藥爆轟反應本質機理，不能根據炸藥微觀結構組成，準確預測爆轟性能和能量釋放規律。由于炸藥爆轟是原子、分子層面的劇烈氧化還原反應，涉及化學鍵斷裂與重組，形成氣態產物。因此，只有從原子、分子的微觀層面，才能認識炸藥爆轟的本質反應機理，獲得炸藥爆轟反應規律的準確計算方法。而分子動力學計算為研究炸藥爆轟反應機理和預測炸藥爆轟性能提供了有效手段。針對高能炸藥，發展從微觀化學反應機理到宏觀性能的跨尺度計算方法，對單質炸藥合成、混合炸藥配方研究和戰斗部裝藥性能評價具有重要意義。

近年來，我們針對炸藥爆轟反應跨尺度計算問題，進行了大量探索性研究。基于分子動力學計算方法，建立了根據炸藥微觀分子結構，預測炸藥基礎爆轟性能、爆轟反應動力學行為以及沖擊感度的跨尺度計算方法。本書主要介紹與此研究相關的基本理論和計算方法，共分為10章：第1章為緒論，主要介紹人們采用分子動力學計算方法，研究炸藥爆轟反應的情況；第2章為分子動力學基本理論和方法，分別闡述第一性原理分子動力學和反應分子動力學的基本理論和計算方法；第3章為炸藥爆轟反應機理第一性原理分子動力學計算，主要介紹采用第一性原理分子動力學計算方法，分析炸藥爆轟反應機理的方法；第4章為炸藥爆轟反應速率方程第一性原理分子動力學計算，主要介紹采用第一性原理分子動力學計算方法，構建炸藥爆轟反應速率方程的方法；第5章為炸藥反應力場參數優化，主要介紹炸藥反應力場參數優化方法、炸藥反應力場參數優化和驗證；第6章為炸藥爆轟性能與狀態方程反應分子動力學計算，介紹采用反應動力學計算方法，計算炸藥基礎爆轟性能、未反應狀態方程和爆轟產物狀態方程參數；第7章為炸藥爆轟反應速率方程反應分子動力學計算，主要介紹用反應分子動力學計算方法，構建炸藥爆轟反應速率方程；第8章為炸藥沖擊起爆機理反應分子動力學計算，主要介紹采用反應分子動力學計算方法，分析炸藥起爆機理以及炸藥晶體空穴形成熱點的機制；第9章為炸藥沖擊感度反應分子動力學計算，主要介紹基于反應分子動力學計算，預測炸藥沖擊感度的方法；第10章為含鋁炸藥爆轟中鋁粉顆粒反應機理反應分子動力學計算，主要介紹采用反應分子動力學計算方法，分析含鋁炸藥爆轟中鋁粉顆粒的反應機理。

本書可供從事爆轟物理、炸藥技術、彈藥設計和分子動力計算的科研人員、教師、工程師以及相關專業的研究生閱讀、參考。

作者簡介

陳朗，北京理工大學教授，博士生導師，主要從事含能材料爆轟、燃燒、安全性和分子動力學計算等方面的研究。主持國家自然科學基金重點項目、面上項目和國防預研重大專項等科研項目60多項，出版《含鋁炸藥爆轟》《激光支持爆轟波》《炸藥熱安全理論與分析方法》《高能炸藥爆轟學》《分子動力學計算炸藥爆轟學》5部專著，發表學術論文130多篇，獲得多項部級科技獎。

編輯｜黃佳輝

復審｜余 會

終審｜蔣麗君