普渡大學(xué)報道了應(yīng)用于RDX 的粗?；磻?yīng)模型

高能炸藥在極端條件下的熱、化學(xué)和力學(xué)響應(yīng)的預(yù)測對研究其性能和安全性非常重要。普渡大學(xué)研究團隊介紹了一種應(yīng)用于1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪（RDX）的基于粒子的反應(yīng)性模型，該模型采用反應(yīng)性廣義能量守恒耗散粒子動力學(xué)，具有分子分辨率，參數(shù)從分子動力學(xué)模擬及量子力學(xué)計算獲得，因此連接了原子尺度過程和包括微結(jié)構(gòu)和缺陷在內(nèi)的介觀尺度行為。與原子模擬相比，可準確捕捉到RDX在一系列熱載荷下的響應(yīng)。此外，該模型在過驅(qū)動狀態(tài)下的Hugoniot 響應(yīng)與原子模擬和實驗結(jié)果相當吻合?；谠撃Ｐ偷母哂嬎阈?，對具有數(shù)百萬個分子的介觀體系進行模擬，研究了RDX 中熱點的尺寸依賴臨界性。該模型為微結(jié)構(gòu)和缺陷在沖擊-爆燃轉(zhuǎn)變中的作用等介觀尺度現(xiàn)象研究提供了一種工具。

源自：Lee B H，Sakano M N，Larentzos J P，et al.A coarse-grain reactive model of RDX：Molecular resolution at the μm scale［J］.The Journal of Chemical Physics，2023，158（2）：024702.

弗吉尼亞大學(xué)提出物理感知的遞歸卷積（PARC）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究含能材料的介觀尺度響應(yīng)

微結(jié)構(gòu)嚴重影響沖擊起爆下含能材料的熱力響應(yīng)，因此，在“材料設(shè)計”框架下設(shè)計含能材料的微結(jié)構(gòu)很重要。然而，需要大量的模擬來構(gòu)建復(fù)雜的含能材料結(jié)構(gòu)-性能-行為關(guān)系限制了目前的設(shè)計實踐進程。弗吉尼亞大學(xué)研究團隊提出了基于深度學(xué)習(xí)算法的物理感知遞歸卷積（PARC）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠從少量具有高分辨率的直接數(shù)值模擬（DNS）中學(xué)習(xí)含能材料的介觀尺度熱力學(xué)行為。研究結(jié)果表明，PARC 能夠預(yù)測沖擊下含能材料的熱力響應(yīng)，預(yù)測精度與DNS 相當，但計算時間明顯更少。此外，PARC 中的人工神經(jīng)元可以揭示含能材料熱力學(xué)響應(yīng)的重要特征，可為含能材料熱力響應(yīng)提供新見解。

源自：Nguyen P C H，Nguyen Y T，Choi J B，et al.PARC：Physics-aware recurrent convolutional neural networks to assimilate meso scale reactive mechanics of energetic materials［J］.Science advances，2023，9（17）：eadd6868.

美國陸軍研究實驗室提出描述含能材料多時間尺度化學(xué)反應(yīng)的異質(zhì)多尺度方法

含能材料一般具有復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，而且組成成分不均勻，其化學(xué)分解和能量釋放發(fā)生在分子尺度，且與宏觀尺度的材料特性和爆轟響應(yīng)息息相關(guān)，因此多尺度模型對精確描述含能材料行為至關(guān)重要。美國陸軍研究實驗室提出了一種異質(zhì)多尺度方法（HMM）來描述不同時間尺度上的化學(xué)反應(yīng)。通過直接耦合基于粒子的微觀粗粒化化學(xué)模型與宏觀連續(xù)有限元形變模型，該宏觀模型可獲得不同邊界條件下的物質(zhì)狀態(tài)方程和瞬態(tài)化學(xué)反應(yīng)速率。進一步地，通過對含能材料1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪（RDX）慢烤以及縮比熱爆炸（STEX）實驗的模擬，驗證了該模型的有效性。

源自：Leiter K W，Larentzos J P，Barnes B C，et al.Temporal scale-bridging of chemistry in a multiscale model：Application to reactivity of an energetic material［J］.Journal of Computational Physics，2023，472：111682.

北京理工大學(xué)開發(fā)了描述含能材料Chapman-Jouguet 爆轟性能的分子動力學(xué)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢函數(shù)

含能材料的爆轟性能對軍事應(yīng)用至關(guān)重要，然而對爆轟過程的具體細節(jié)和機理還缺乏深入的認識。北京理工大學(xué)研究團隊基于深度勢模型，開發(fā)了首個用于含能材料沖擊爆轟分子動力學(xué)模擬的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢函數(shù)NNP_Shock，該勢函數(shù)具有DFT 的計算精度，但計算效率為DFT 的106倍。進一步地，利用此勢函數(shù)對高能含能材料2，4，6，8，10，12-六硝基-2，4，6，8，10，12-六氮雜異伍茲烷（CL-20）開展了沖擊爆轟分子動力學(xué)模擬，首次通過多尺度沖擊技術(shù)（MSST）獲得了理論Chapman-Jouguet（C-J）爆速和爆壓，且與實驗結(jié)果吻合較好，并獲得了Hugoniot 曲線和初始反應(yīng)機理。因此，NNP_Shock 勢函數(shù)可成功用于研究CL-20 的爆轟性能和沖擊感度，并可用于其他種類含能材料的研究中。

源 自：Zhang J，Guo W，Yao Y.Deep Potential Molecular Dynamics Study of Chapman-Jouguet Detonation Events of Energetic Materials［J］.The Journal of Physical Chemistry Letters，2023，14（32）：7141-7148.