Исследование структуры детонационных волн методом молекулярной динамики

• Автор: Уткин, Андрей Вячеславович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 173 с.

Глава 1.
Обзор литературы
Глава 2.
Разработка пропагаторной методологии численного исследования детонации в одномерных молекулярных кристаллах
2.1 Физическая система
2.2 Численная схема
2.3 Анализ физических явлений в одномерном случае
2.4 Результаты численного моделирования
2.5 Критерии перехода. Анализ критерия перехода к режиму химической реакции
2.6 Влияние формы внутримолекулярного потенциала на структуру

фронта детонационной волны
Глава 3.
Исследование процессов детонации в конденсированных ВВ. Трехмерный случай
3.1 Физическая система и задание начальных данных
3.2 Математическая модель и постановка задачи
3.3 Связь атомного и континуального масштабов физических явлений в трехмерном случае
3.4 Результаты численного моделирования
3.4.1 Зарождение детонации
3.4.2 Развитие детонации
3.4.3 Проверка соотношений континуальной механики
3.4.4 Условие Чепмена-Жуге

Глава 4.
Исследование влияния внешних параметров и молекулярных
характеристик вещества на явление детонации
4.1 Влияние поперечного размера кристалла
4.2 Инициирование химической реакции тепловым прогревом
4.3 Исследование влияния массы атомов
4.4 Исследование влияния теплового эффекта химической
реакции
Заключение
Список литературы
Апробация работы и список публикаций по теме
диссертации

Взрывное дело существует многие столетия. При этом, наряду с применением в военном деле, взрыв уже давно используется в мирных целях как источник мощной, надежной и управляемой энергии.
В настоящее время область применения взрывных работ очень широка. Она охватывает горнодобывающую промышленность, разведку месторождений полезных ископаемы, гидротехническое, дорожное и ирригационное строительство, резку, закалку, штамповку и другие виды обработки металлов, спекание и компактирование различных порошков. Иногда сварка взрывом является единственной возможностью соединения несовместимых материалов (например, алюминий и сталь). Большая часть задач, связанных с техническим применением конденсированных взрывчатых веществ (КВВ), вполне успешно описывается существующими моделями, основанными на гидродинамической теории, которая адекватно описывает детонационную систему на макроуровне, т.е. предсказывает изменения давления, плотности и температуры [1-3]. Однако, в последнее время появился целый ряд вопросов, связанных с получением и исследованием новых КВВ с контролируемым энерговыделением, а также с синтезом новых материалов, которые невозможно получить в равновесных условиях и для создания которых требуются экстремально высокие температуры и давления. Все это обуславливает актуальность исследования, как детализированной структуры фронта детонационной волны, так и механизма протекания химических реакций, которые вызывают и поддерживают детонационную волну.
В то же самое время модели, основанные на континуальной теории, не дают и не могут дать информацию о микроскопических химических и физических процессах во фронте детонационной волны КВВ. Кроме этого, так как во фронте имеется сильно неравновесное состояние, замыкание системы макроскопических уравнений механики сплошной среды путем привлечения различных феноменологических соотношений вызывает

полная энергия
потенциальная энергия
11т (см. 2.4);
Ет = Ек + ит + V/ (хр...хы),
где ¥(х хк) - внешний потенциал взаимодействия (см. 2.5);
внутренняя энергия
внутренняя кинетическая энергия
Вторая группа параметров относится к анализу на мезоуровне. Суть этого анализа состоит в следующем. Мы разбиваем наш одномерный кристалл на определенное число подсистем и исследуем параметры, осредненные по ним. При этом основным критерием, определяющим число частиц в подсистеме, является малость флуктуаций средних значений по сравнению с самими средними значениями (так наша система из 504 молекул была разбита на 63 подсистемы по 8 молекул в каждой). Соответственно, все параметры, определённые выше, определяются в каждой подсистеме. Кроме этого, проводится определение координаты
а также линейной плотности р.
Важными характеристиками, которые позволяют судить о реакции в кристалле, являются число молекул в подсистеме Мп1о| и число распавшихся молекул Ыа,. При этом понадобилось выделить еще класс так называемых квазимолекул (их число в ячейке - Ып). К ним отнесены комплексы АВ, для которых расстояние гАВ соответствует молекулярному, а полная внутримолекулярная энергия выше предела диссоциации. Наличие таких комплексов обусловлено очень высоким давлением за фронтом волны химической реакции.
Определение всех этих величин осуществляется следующим образом: на первом этапе проводится проверка расстояния между текущими
центра масс подсистемы
скорости центра масс подсистемы