前 言

含能材料分子中蕴含巨大的能量，在外界刺激作用下，含能材料分子中的化学键会发生断裂破坏，快速释放出大量的能量并急剧膨胀从而对外做功。因此，含能材料作为一类特殊的能源材料，在航空航天、武器弹药、民用设备等众多领域得到广泛应用。对于常规武器弹药，含能材料是对目标实施有效毁伤的能量来源与重要依托。因此，武器弹药中装填的含能材料的性能直接影响并决定武器弹药的作战使用性能。

含能材料的生产、制备、加工等环节都有特殊的条件与要求。在含能材料制备过程中，受制备工艺的影响，最终产物中会存在一定量的未完全参与反应的原料及其他副产物，从晶体学的角度来讲，含能材料晶体中存在掺杂缺陷。此外，含能材料晶体在结晶过程中，外界的因素，包含温度、湿度、振动、冲击、电磁场、溶剂等均会影响其结晶过程，从而有可能导致其晶体中产生缺陷，如空位、位错、孪晶等。从微观角度来看，晶体缺陷的存在会影响含能材料的晶体结构，使晶体中炸药分子的堆积与排列方式发生改变，造成炸药晶体密度与分子间作用力发生变化。从宏观角度来看，晶体缺陷会影响含能材料的性能，如感度、稳定性、爆轰性能、力学性能等，从而进一步影响武器弹药在服役过程中的可靠性、安全性与作战使用性能。因此，研究晶体缺陷对含能材料性能的影响具有重要的理论意义与重大的应用前景。

为了研究含能材料的性能，通常采用实验与理论研究方法，实验方法可靠性高，但成本高、周期长，同时存在一定的危险性。相较之下，理论研究方法成本低、周期短，目前已成为一种常见的方法。在理论方法中，分子动力学（molecular dynamics，MD）、量子力学（quantum mechanics，QM）与量子化学（quantum chemistry，QC）是最常见的三种方法。在三种方法中，QM 与 QC 方法主要是计算含能材料分子的不同原子中电子的信息，侧重于从电子层面分析预测物质的性能，其计算量较大，计算耗时较长，要求体系中的原子数不能过多，从而导致其应用受到一定的限制。MD 方法主要是从分子层面预测物质的结构与性能，具有简便易行、准确度较高、计算速度较快等优点，因此在理论计算方面具有明显的优势，从而备受关注。

本书采用 MD 方法，探究微观缺陷对炸药性能影响情况，全书共分为 6 章：第 1 章介绍含能材料微观缺陷的基础知识，包括微观缺陷产生的原因、微观缺陷产生的机理、含能材料微观缺陷研究现状；第 2 章介绍分子动力学理论基础知识；第 3 章选取高能炸药 PETN、HMX 为研究对象，探究微观缺陷对单体炸药性能影响情况；第 4 章以 HMX 基 PBX、CL-20 基 PBX 与 B 炸药为研究对象，探究微观缺陷对混合炸药性能影响；第 5 章选取典型的 CL-20/DNB、CL-20/TNT、CL-20/NQ、CL-20/HMX 共晶炸药为研究对象，探究微观缺陷对 CL-20 共晶炸药性能影响情况；第 6 章选取 HMX/NTO、HMX/NQ 为研究对象，探究微观缺陷对 HMX 共晶炸药性能影响情况。

本书在编写过程中参考了国内外的一些书籍与研究论文，在此向相关作者表示衷心的感谢与诚挚的敬意。本书在出版过程中得到了 含能材料服役性能...

第 1 章 微观缺陷 影响含能材料性能的重要因素

1.1 含能材料微观缺陷分析
1.2 含能材料晶体缺陷研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本书的主要内容

第 2 章 分子动力学理论基础

2.1 引言
2.2 经典分子动力学
2.2.1 力场
2.2.2 系综
2.2.3 边界条件
2.2.4 数值解法
2.2.5 MD 计算流程
2.3 量子分子动力学
2.3.1 Hartree - Fock 方程
2.3.2 Kohn - Sham 方程
2.3.3 从头算 MD 方法
2.3.4 从头算 MD 计算流程

第 3 章 微观缺陷对单体炸药性能影响

3.1 引言
3.2 微观缺陷对 PETN 性能影响
3.2.1 晶体缺陷对 PETN 性能影响
3.2.2 掺杂缺陷对 PETN 性能影响
3.2.3 空位缺陷浓度对 PETN 性能影响
3.2.4 本节小结
3.3 微观缺陷对 HMX 性能影响
3.3.1 计算模型与计算方法
3.3.2 结果分析
3.3.3 本节小结

第 4 章 微观缺陷对混合炸药性能影响

4.1 引言
4.2 微观缺陷对 HMX 基 PBX 性能影响
4.2.1 晶体缺陷对 HMX 基 PBX 性能影响
4.2.2 空位缺陷浓度对 HMX 基 PBX 性能影响
4.2.3 掺杂缺陷浓度对 HMX 基 PBX 性能影响
4.2.4 本节小结
4.3 微观缺陷对 CL - 20 基 PBX 性能影响
4.3.1 晶体缺陷对 CL - 20 基 PBX 性能影响
4.3.2 计算模型与计算方法
4.3.3 结果讨论
4.3.4 本节小结
4.4 微观缺陷对 B 炸药性能影响
4.4.1 掺杂缺陷对 B 炸药性能影响
4.4.2 孔洞缺陷对 B 炸药性能影响
4.4.3 本节小结

第 5 章 微观缺陷对 CL - 20 共晶炸药性能影响

5.1 引言
5.2 微观缺陷对 CL - 20/DNB 共晶炸药性能影响
5.2.1 计算模型与计算方法
5.2.2 结果分析
5.2.3 本节小结
5.3 微观缺陷对 CL - 20/TNT 共晶炸药性能影响
5.3.1 计算模型与计算方法
5.3.2 结果分析
5.3.3 本节小结
5.4 微观缺陷对 CL - 20/NQ 共晶炸药性能影响
5.4.1 计算模型与计算方法
5.4.2 结果分析
5.4.3 本节小结
5.5 微观缺陷对 CL - 20/HMX 共晶炸药性能影响
5.5.1 计算模型与计算方法
5.5.2 结果分析
5.5.3 本节小结

第 6 章 微观缺陷对 HMX 共晶炸药性能影响

6.1 引言
6.2 微观缺陷对 HMX/NTO 共晶炸药性能影响
6.2.1 计算模型与计算方法
6.2.2 结果分析
6.2.3 本节小结
6.3 微观缺陷对 HMX/NQ 共晶炸药性能影响
6.3.1 计算模型与计算方法
6.3.2 结果分析
6.3.3 本节小结

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