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梯度硝基发射药制备过程安全风险分析

含能材料 2024年第8期32卷 804-810,I0002页

作者：梁昊王多良孙倩丁亚军李世影李洪伟肖忠良安徽理工大学化工与爆破学院安徽淮南232001 中国爆破器材行业协会北京100089 南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094

梯度硝基发射药(NGDP)作为一种新型发射药,具有高氧平衡、低发射有害现象以及抗迁移的特性。为了分析NGDP制备过程热危险性,利用反应量热仪(RC1mx)、差式扫描量热仪(DSC)和加速绝热量热仪(ARC)测定了双基球扁药脱硝反应过程中的放热以... 详细信息

梯度硝基发射药(NGDP)作为一种新型发射药,具有高氧平衡、低发射有害现象以及抗迁移的特性。为了分析NGDP制备过程热危险性,利用反应量热仪(RC1mx)、差式扫描量热仪(DSC)和加速绝热量热仪(ARC)测定了双基球扁药脱硝反应过程中的放热以及反应前后物料的热分解行为。结果表明:反应体系的绝热温升(ΔT_(ad))为58.28℃;脱硝反应使双基球扁药的初始分解温度从191.33℃提高至194.16℃;通过脱硝反应产物体系的ARC测试数据,获得了最大反应速度到达时间(TMR_(ad))和温度之间的关系,计算出绝热诱导期为24h时所对应的温度T_(D24);反应的T_(D24)、技术最高温度MTT与理论最高可达温度MTSR分别为137.2,108℃和128.52℃。基于精细化工反应安全风险评估规范,该反应在冷却失效的情况下,体系有冲料的风险,但触发二次放热分解反应的风险较低。

关键词：梯度硝基发射药脱硝反应反应安全性反应量热热分析动力学

梯度硝基单基发射药构筑过程的Avrami模型

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兵工学报 2024年

作者：崔璠范红蕾李世影李杨李纯志王晓倩肖忠良吴晓青中北大学化学与化工学院南京理工大学化学与化工学院驻太原地区防化军代室泸州北方化学工业有限公司南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室

梯度硝基发射药是一种绿色无烟发射药，其结构的可控构筑是复杂的物理化学过程，是决定发射药燃烧性能的核心关键。为研究梯度硝基发射药制备中反应过程的动力学，以圆柱粒状单基发射药为研究对象，采用密度瓶法测试圆柱粒状单基发射药... 详细信息

梯度硝基发射药是一种绿色无烟发射药，其结构的可控构筑是复杂的物理化学过程，是决定发射药燃烧性能的核心关键。为研究梯度硝基发射药制备中反应过程的动力学，以圆柱粒状单基发射药为研究对象，采用密度瓶法测试圆柱粒状单基发射药样品的密度，考察反应温度、反应液浓度对脱硝率的影响规律，借助Avrami模型研究反应过程的控制步骤，建立脱硝反应动力学方程。实验结果表明：脱硝程度越大，圆柱粒状单基发射药样品的密度越小，圆柱粒状单基发射药的脱硝反应过程符合n=0.816的Avrami模型，表观活化能为49.223 kJ·mol-1，反应液浓度表观反应级数为1.028，脱硝反应过程由扩散和化学反应混合控制。强化化学反应效应或扩散效应，可以提高圆柱粒状单基发射药的脱硝率。为梯度硝基发射药生产工艺条件的建立提供了理论依据。

关键词：梯度硝基发射药控制步骤 Avrami 动力学方程

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花岗岩板双基火药切槽爆破破坏过程研究

高压物理学报 2024年第4期38卷 164-174页

作者：王多良李洪伟梁昊李世影吴延梦赵静李纯志肖忠良安徽理工大学化工与爆破学院安徽淮南232001 南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 泸州北方化学工业有限公司四川泸州646003

针对目前炸药切槽爆破存在非切槽方向上岩石破坏的问题,研究了双基火药切槽爆破特性。基于火药燃气释放规律,计算了双基火药被激发后密闭炮孔内的压力变化情况。结合高速摄影和数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法,开展了... 详细信息

针对目前炸药切槽爆破存在非切槽方向上岩石破坏的问题,研究了双基火药切槽爆破特性。基于火药燃气释放规律,计算了双基火药被激发后密闭炮孔内的压力变化情况。结合高速摄影和数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法,开展了炮孔的火药装填密度分别为0.84和0.96 g/cm^(3)的2组实验,探究了火药作用下花岗岩板的动态破坏过程。结果表明:火药点火后,2组实验中花岗岩板均在100μs时沿切槽方向起裂,200μs时裂纹贯穿石板;当装填密度为0.96 g/cm^(3)时,试件在断裂后上下石板分离速度较大,在封堵橡胶的摩擦力和试件惯性的共同作用下,2500μs时上下石板被横向拉裂,裂纹沿垂直方向。炮孔预制切槽为火药燃气的气楔作用提供了空间,很好地引导裂纹的扩展,孔壁周围没有形成压碎区。双基火药燃烧产生的准静态压力是裂纹起裂、扩展的主要动力。研究结果为双基火药在岩体定向爆破上的应用提供了参考。

关键词：切槽爆破岩石断裂双基火药动态破坏过程数字图像相关法

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Ni纳米团簇热力学性质和纳米碳管的动力学性质研究

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Ni纳米团簇热力学性质和纳米碳管的动力学性质研究

作者：李世影扬州大学

学位级别：硕士

微小尺度问题愈来愈受到研究者的关注,这种问题往往具有与宏观理论不同的规律,需要进行系统深入的研究,以建立与微小尺度系统相应的理论。其中最具有代表性的就是纳米物质。中介尺度纳米团簇大小介于分子和晶体之间,其性质可以认为是随... 详细信息

微小尺度问题愈来愈受到研究者的关注,这种问题往往具有与宏观理论不同的规律,需要进行系统深入的研究,以建立与微小尺度系统相应的理论。其中最具有代表性的就是纳米物质。中介尺度纳米团簇大小介于分子和晶体之间,其性质可以认为是随原子数目的增多而逐渐由微观向宏观晶体过渡。了解这一尺度的纳米团簇在热化过程中结构和性质的变化,对于理解纳米材料的微观结构演变过程及制备优质的纳米材料具有重要意义。另外,纳米碳管作为一种新型的纳米材料,其许多独特的性能和诱人的应用前景,使其成为纳米尺寸科学和技术中十分重要的研究对象。纳米碳管具有丰富的孔结构,开口的纳米碳管可以用作纳米级化学试管、虹吸管、储气材料、纳米器件等。因此,研究其它物质注入纳米碳管形成复合物的机制,在揭示物化特性、储氢机理等方面具有特殊的理论意义,并可促进相关的储气材料和纳米器件的开发,其实用价值不可低估。在目前条件下,团簇和纳米碳管的纳米级尺寸、复杂的测试方法及昂贵的测试设备在很大程度上限制了人们实验上对它的了解和研究。因此使用计算机数值模拟方法和简化的物理模型进行模拟,不仅可以辅助实验,而且可以得到一些实验无法测量的结果,并能深入揭示所研究系统的内在行为机制。本论文采用分子动力学模拟方法,主要模拟了Ni团簇的熔化行为和稀有气体注入纳米碳管中的动力学过程,论文主要内容如下:第一章,简单介绍了原子团簇与纳米碳管的基本性能、研究现状以及可能的应用前景。第二章,介绍了分子动力学模拟方法的基本原理,包括物理建模、势能截断、计算短程作用力的方法、时间求积算法和宏观特性的统计控制方法等,并介绍了模拟中所用到的势函数。第三章,我们采用Q-SC势(Quantum Sutton-Chen potential),模拟了Nin团簇(n=20-150)的熔化行为,分析了其熔化机理,发现其熔化过程不仅与团簇原子数目的密切相关,其基态几何构型也扮演了重要的角色。熔化刚一开始,各种基态的“畸变”导演着整个熔化过程。Ni28在完全熔化之前发生了固-固相变;Ni29经历了玻璃化相变;Ni55在一个相当宽的温度区域表现为固-液共存现象,同时伴随着芯原子的类固态的熔化机制;同时还发现了Nin (n=71, 73, 75)的直接熔化和Ni147附近的表面熔化。另外,还分别将二十面体Ni55和Ni147周围团簇的热容曲线进行比较,发现一些有趣的现象。第四章,采用Lennard-Jones(LJ)势和Kr-C势,模拟了稀有气体原子(He、Ne、Ar、Kr、Xe)注入单壁纳米碳管(SWCNT)的动力学行为,发现稀有气体可以在纳米碳管中作周期性振荡,不过形成稳定性振荡的条件是适当的碳管管径和能量阈值。同时还发现可以通过调节碳管的长度、管径大小和螺旋角来实现振荡器的变频功能。第五章,对所做工作进行总结和展望。

关键词：分子动力学方法 Ni团簇熔化行为热力学性质纳米碳管稀有气体原子周期性振荡

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Ne原子在纳米碳管中的动力学模拟

中国科学（G辑） 2009年第4期39卷 512-516页

作者：崔磊李世影曾祥华扬州大学物理科学与技术学院扬州225002 宿迁学院基础部宿迁223800

采用TLHT势和经典分子动力学方法，对Ne原子进入单壁纳米碳管（single—wall carbon nanctube，SWCNT）的动力学过程进行了模拟．根据计算结果，讨论了Ne原子在SWCNT形成稳定振荡的条件及其振荡频率的影响因素．研究表明，Ne原子在碳管... 详细信息

采用TLHT势和经典分子动力学方法，对Ne原子进入单壁纳米碳管（single—wall carbon nanctube，SWCNT）的动力学过程进行了模拟．根据计算结果，讨论了Ne原子在SWCNT形成稳定振荡的条件及其振荡频率的影响因素．研究表明，Ne原子在碳管半径范围为3．5～6．1A可以稳定性振荡，而与SWCNT的类型无关．同时还发现Ne原子的振荡频率与管径、管长和螺旋性有关，随管径和管长的增大而减小，而Ne原子在扶手椅型纳米碳管的周期比在锯齿型的纳米碳管的周期长，表明原子在扶手椅型纳米碳管中滑动摩擦阻力比后者要大．

关键词：纳米碳管稳定性振荡分子动力学模拟 Ne原子

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稀有气体原子在纳米碳管中的周期性振荡

物理学报 2007年第1期56卷 384-388页

作者：金年庆张海燕李世影曾祥华扬州大学物理科学与技术学院扬州225002

采用TLHT势和经典分子动力学方法研究了稀有气体原子进入单壁纳米碳管(SWCNT)的动力学过程,计算得出SWCNT能吸入稀有气体原子(He,Ne,Ar,Kr,Xe)的管径阈值r0分别为6·3,7·0,8·6,8·6,8·6,同时计算了对应的每种稀有气体原子能封装在不... 详细信息

采用TLHT势和经典分子动力学方法研究了稀有气体原子进入单壁纳米碳管(SWCNT)的动力学过程,计算得出SWCNT能吸入稀有气体原子(He,Ne,Ar,Kr,Xe)的管径阈值r0分别为6·3,7·0,8·6,8·6,8·6,同时计算了对应的每种稀有气体原子能封装在不同管径的SWCNT中的最大初始动能Ek0.计算给出有趣的结果是封装在纳米碳管中的稀有气体原子在管中不停地作周期性振荡,振荡周期与原子进入管中的能量无关,振幅与原子进入管中的能量有关,即振幅随着入射能量的增加而增加.分析表明:给定合适类型的碳管,具有很小初始动能的稀有气体原子可在碳管中稳定的周期性振荡,其振荡频率可达GHz.

关键词：纳米碳管稀有气体原子周期性振荡分子动力学模拟

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钝感双基发射药老化迁移机理及动力学过程

含能材料 2021年第11期29卷 1080-1088,I0006页

作者：梁昊丁亚军李世影赵先正肖忠良南京理工大学化工学院江苏南京210094 特种能源材料教育部重点实验室(南京理工大学) 江苏南京210094

为研究钝感双基发射药老化迁移过程及影响因素,利用钝感剂的正态分布特性及Fickian第二扩散定律的推论,建立了钝感发射药老化迁移导致钝感剂浓度分布及燃烧性能变化的理论模型。对6种不同硝化甘油(NG)及邻苯二甲酸二丁酯(DBP)含量的发... 详细信息

为研究钝感双基发射药老化迁移过程及影响因素,利用钝感剂的正态分布特性及Fickian第二扩散定律的推论,建立了钝感发射药老化迁移导致钝感剂浓度分布及燃烧性能变化的理论模型。对6种不同硝化甘油(NG)及邻苯二甲酸二丁酯(DBP)含量的发射药进行不同温度下加速老化实验,采用密闭爆发器测试了不同老化时间后发射药的燃烧性能,分析了发射药老化迁移的动力学过程及热力学影响。理论分析表明,钝感球形发射药燃气生成猛度积分值的增长率随老化时间呈现出较好的线性增长模型。密闭爆发器结果表明,6种发射药加速老化后的动态活度最大值升高百分比随老化时间均呈较强的线性关系,与理论研究结果一致。建立的钝感发射药老化迁移热力学方程与试验结果基本吻合,迁移驱动因子对数与温度的倒数呈现出较为明显的线性负相关。发射药中NG与DBP总含量高于15%时,发射药的迁移驱动因子(动态活度最大值的百分比增长速率)更易受温度影响从而加剧钝感剂迁移导致钝感失效;而NG和DBP的总含量不高于15%时,钝感剂迁移导致失效的速率较为缓慢,更有利于发射药贮存后的使用和射击安全。

关键词：钝感双基发射药老化迁移扩散原理动态活度

高低温循环保存下片状变燃速发射药的燃烧稳定性

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含能材料 2023年第9期31卷 903-909页

作者：赵先正刘详丁亚军李世影肖忠良南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094 泸州北方化学工业有限公司四川泸州646003

为了研究片状变燃速发射药在高低温循环保存下的燃烧稳定性,将样品形貌及燃烧性能变化作为考察依据,以70℃高温10 h,-50℃低温10 h为一个循环周期,对片状变燃速发射药样品进行了20次高低温循环保存。通过光学显微镜观察了高低温循环前... 详细信息

为了研究片状变燃速发射药在高低温循环保存下的燃烧稳定性,将样品形貌及燃烧性能变化作为考察依据,以70℃高温10 h,-50℃低温10 h为一个循环周期,对片状变燃速发射药样品进行了20次高低温循环保存。通过光学显微镜观察了高低温循环前后片状变燃速发射药的表面形貌,利用密闭爆发器测试了高温50℃、常温20℃、低温-40℃下高低温循环前后片状变燃速发射药的燃烧性能。显微观测发现经高低温循环后,片状变燃速发射药表层气泡扩大增多,发射药断面出现塑性形变现象,内外层界面结合保持紧密,没有开裂与脱黏。密闭爆发器试验反映了该类型发射药经过高低温循环后,高温、常温、低温下动态活度曲线与高低温循环前都基本重合,动态活度变化值ΔL最大值出现在低温条件下,为2.57%,能量渐增性释放规律基本不变。高低温循环下,片状变燃速发射药在高压常温‑低温阶段的燃速温度系数对比原样在相同条件下显著降低,高温与低温下片状变燃速发射药的压力指数差距对比原样在相同条件下减小。结果表明,片状变燃速发射药在高低温循环条件下界面和燃烧性能稳定,具有较好的变温贮存稳定性。

关键词：片状变燃速发射药高低温循环燃烧性能温度系数压力指数

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某中小口径武器用梯度硝基发射装药效应

含能材料 2023年第11期31卷 1134-1140页

作者：李世影肖忠良李宇丁亚军石玉东赵剑春南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094 泸州北方化学工业有限公司四川泸州646003

针对某中小口径武器发射烟焰大、刺激性气味强等问题,采用化学脱硝法,制备了不同脱硝程度的梯度硝基七孔发射药,对其理化性能、静态燃烧性能、内弹道性能、发射有害现象进行了研究,并基于最小自由能法,研究了樟脑钝感剂用量与脱硝程度... 详细信息

针对某中小口径武器发射烟焰大、刺激性气味强等问题,采用化学脱硝法,制备了不同脱硝程度的梯度硝基七孔发射药,对其理化性能、静态燃烧性能、内弹道性能、发射有害现象进行了研究,并基于最小自由能法,研究了樟脑钝感剂用量与脱硝程度对发射药可燃气体(CO、H_(2))含量、未氧化碳值的影响规律。结果表明:随着脱硝程度的增加,发射药的爆热从4001 J·g^(-1)降低至3517 J·g^(-1),弧厚从0.92 mm降低至0.89 mm、安定剂含量从2.60%降低至1.95%、安定性未发生变化,最大动态活度对应的相对压力Bm增加至0.66,燃烧渐增性逐渐提升;在相当膛压下,发射药燃烧渐增性越好,弹丸初速越高,并建立了装药量、膛压、初速之间的对映耦合关系,获得了梯度硝基发射药内弹道性能的数字表达与控制方法;当爆热值相当时,与樟脑钝感发射药相比,梯度硝基发射药燃气中可燃气体含量低、未氧化碳含量少;射击试验中发现,梯度硝基发射药火焰小、刺激性气味小,具有较少的发射有害现象。

关键词：中小口径武器梯度硝基发射药理化性能燃烧性能内弹道性能发射有害现象