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专利号: 2016101072951
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种含能材料冲击起爆的计算机模拟方法,其特征在于,包括以下步骤;

步骤1、用Materials Studio软件建立含能材料冲击起爆模拟体系的三维模型,并导出所有原子的三维坐标,步骤2、确定模拟参数,包括初始温度、初始压力、迭代时间、时间步长、冲击速度,模拟计算并输出数据,具体包括:

101、根据玻尔兹曼分布随机抽样获得扰动初始速度;

102、步骤101获得原子的初始速度后,采用基于紧束缚近似的密度泛函SCC-DFTB方法计算迭代的第n步所有原子间的作用力来计算原子的速度;

103、完成步骤102计算所有原子间的作用力后,根据原子速度计算公式计算第n+1/2步所有原子的速度;

104、根据公式ri=ri+viΔt计算第n+1步的三维坐标位置,其中ri表示第i个粒子的位置,vi为上一步计算得到的速度,Δt为设定的时间步长;

105、再次根据根据原子速度计算公式计算第n+1/2步所有原子的速度;

106、根据分子动力学模拟体系的哈密顿量、能量关系式以及约束压力的方程计算并输出体系的压力、体积、能量、温度。

2.根据权利要求1所述的含能材料冲击起爆的计算机模拟方法,其特征在于,步骤101中扰动初始速度为:令初始位置在差分划分网格的格子上,初始速度则从玻尔兹曼分布随机抽样得到。

3.根据权利要求1所述的含能材料冲击起爆的计算机模拟方法,其特征在于,步骤102中原子间作用力的计算具体为:原子之间的相互作用力由电荷自洽的基于紧束缚近似的密度泛函SCC-DFTB确定;

公式(1)中,φi表示Kohn-Sham的轨道函数, 代表参考密度ρ0有效的KS哈密顿量,Vxc和Eex两项分别表示交换相关势和交换相关能,Ecore表示原子核之间的斥力能量,其中电荷密度起伏δρ=ρ-ρ0,其在二级项中表示为

4.根据权利要求1所述的含能材料冲击起爆的计算机模拟方法,其特征在于,步骤103、104、105中原子速度以及位置的计算为:MD

建立分子动力学模拟体系的哈密顿量H :

公式(2)中,粒子i在a={x,y,z}方向的动量是 计算体系是正交体系,体系的三个边长分别是ax,ay,和az;计算体系晶胞向量ax的动量是公式(4)中,p是压力,vs是冲击波传播速度, 是体系的总质量,Q是与模拟体系的质量相关的参量,所有下标为0的参量表示冲击波以前的性,s是经过矩阵A变化后的位置向量,在公式(3)中,右边第一项表示原子的动能,第一项表示原子的势能,第三项表示模拟体系体积变化的动能,最后两项是模拟体系受外界压力后变化的势能,原子速度的计算方程如下:

公式(5)中,V表示原子的速度,F表示原子受到的力,m表示原子的质量,α表示材料的黏度系数,Vsum表示所有原子的速度之和,Δt表示设定的步长时间。

以横冲击速度在材料内传播的波阵面前后的能量关系式为其中E是能量,P是在该冲击方向上的负的应力张量的对角分量,V是体积,下标0表示冲击之前的量,无下标表示冲击后的量,用于约束压力的方程为 其中,U是冲击速度,ρ是密度。