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Molecular dynamics-guided material model for the simulation of shock-induced pore collapse in β-octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine (β-HMX)

分子动力学 各向同性 材料科学 起爆 热力学 机械
作者
Pratik Das,Puhan Zhao,Dilki Perera,Thomas D. Sewell,H. S. Udaykumar
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:130 (8): 085901-085901 被引量:14
标识
DOI:10.1063/5.0056560
摘要

Material models for single-crystal β-HMX are systematically examined in the context of continuum pore-collapse simulations. Continuum predictions using five different isotropic material models are compared head-to-head with molecular dynamics (MD) predictions for a 50 nm cylindrical pore in β-HMX subject to a range of shock strengths. Shock waves were generated using a reverse-ballistic configuration, propagating along [010] in the MD simulations. The continuum models are improved hierarchically, drawing on temperature- and pressure-dependent MD-derived material parameters. This procedure reveals the sensitivity of the continuum predictions of pore collapse to the underlying thermophysical models. The study culminates in an MD-calibrated isotropic rate- and temperature-dependent strength model, which includes appropriate submodels for the temperature-dependent melting point of β-HMX [M. P. Kroonblawd and R. A. Austin, Mech. Mater. 152, 103644 (2021)], pressure-dependent shear modulus [A. Pereverzev and T. Sewell, Crystals 10, 1123 (2020)], and temperature-dependent specific heat, that produces continuum pore-collapse results similar to those predicted by MD. The resulting MD-informed model should improve the fidelity of simulations to predict the detonation initiation of HMX-based energetic materials containing micrometer-scale pores.
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