北京理工大学陈朗教授团队：《分子动力学计算炸药爆轰学》

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炸药爆轰是通过爆轰波在炸药中传播，使炸药发生快速化学反应，释放大量热量和气体产物的过程。炸药爆轰波是一种带化学反应的冲击波，其速度高达每秒数千米，反应区时间宽度在几十到几百纳秒，温度高达数千度，压力高达数十万大气压。面对如此快速高温高压的反应过程，直至目前，人们仍然没有有效的实验手段，观测炸药爆轰波内化学反应的细节过程。由于缺乏对炸药爆轰化学反应本质机理的认识，人们过去在处理炸药爆轰理论计算问题时，往往只能忽略化学反应，建立依靠试验标定的“唯象”模型来描述炸药爆轰反应，在宏观层面上采用流体力学计算方法进行计算。这种方法虽然能够解决很多工程计算问题，但仍然高度依赖于试验，无法获得炸药爆轰反应本质机理，不能根据炸药微观结构组成，准确预测爆轰性能和能量释放规律。由于炸药爆轰是原子、分子层面的剧烈氧化还原反应，涉及化学键断裂与重组，形成气态产物。因此，只有从原子、分子的微观层面，才能认识炸药爆轰的本质反应机理，获得炸药爆轰反应规律的准确计算方法。而分子动力学计算为研究炸药爆轰反应机理和预测炸药爆轰性能提供了有效手段。针对高能炸药，发展从微观化学反应机理到宏观性能的跨尺度计算方法，对单质炸药合成、混合炸药配方研究和战斗部装药性能评价具有重要意义。

近年来，我们针对炸药爆轰反应跨尺度计算问题，进行了大量探索性研究。基于分子动力学计算方法，建立了根据炸药微观分子结构，预测炸药基础爆轰性能、爆轰反应动力学行为以及冲击感度的跨尺度计算方法。本书主要介绍与此研究相关的基本理论和计算方法，共分为10章：第1章为绪论，主要介绍人们采用分子动力学计算方法，研究炸药爆轰反应的情况；第2章为分子动力学基本理论和方法，分别阐述第一性原理分子动力学和反应分子动力学的基本理论和计算方法；第3章为炸药爆轰反应机理第一性原理分子动力学计算，主要介绍采用第一性原理分子动力学计算方法，分析炸药爆轰反应机理的方法；第4章为炸药爆轰反应速率方程第一性原理分子动力学计算，主要介绍采用第一性原理分子动力学计算方法，构建炸药爆轰反应速率方程的方法；第5章为炸药反应力场参数优化，主要介绍炸药反应力场参数优化方法、炸药反应力场参数优化和验证；第6章为炸药爆轰性能与状态方程反应分子动力学计算，介绍采用反应动力学计算方法，计算炸药基础爆轰性能、未反应状态方程和爆轰产物状态方程参数；第7章为炸药爆轰反应速率方程反应分子动力学计算，主要介绍用反应分子动力学计算方法，构建炸药爆轰反应速率方程；第8章为炸药冲击起爆机理反应分子动力学计算，主要介绍采用反应分子动力学计算方法，分析炸药起爆机理以及炸药晶体空穴形成热点的机制；第9章为炸药冲击感度反应分子动力学计算，主要介绍基于反应分子动力学计算，预测炸药冲击感度的方法；第10章为含铝炸药爆轰中铝粉颗粒反应机理反应分子动力学计算，主要介绍采用反应分子动力学计算方法，分析含铝炸药爆轰中铝粉颗粒的反应机理。

本书可供从事爆轰物理、炸药技术、弹药设计和分子动力计算的科研人员、教师、工程师以及相关专业的研究生阅读、参考。

作者简介

陈朗，北京理工大学教授，博士生导师，主要从事含能材料爆轰、燃烧、安全性和分子动力学计算等方面的研究。主持国家自然科学基金重点项目、面上项目和国防预研重大专项等科研项目60多项，出版《含铝炸药爆轰》《激光支持爆轰波》《炸药热安全理论与分析方法》《高能炸药爆轰学》《分子动力学计算炸药爆轰学》5部专著，发表学术论文130多篇，获得多项部级科技奖。

编辑｜黄佳辉

复审｜余 会

终审｜蒋丽君