Hotspot formation due to shock-induced pore collapse in 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazoctane (HMX): Role of pore shape and shock strength in collapse mechanism and temperature

材料科学 休克(循环) 冲击波 空隙(复合材料) 汽化 机械 起爆 分子动力学 复合材料 热力学 爆炸物 化学 物理 计算化学 有机化学 医学 内科学
作者
Chunyu Li,Brenden W. Hamilton,Alejandro Strachan
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:127 (17) 被引量:51
标识
DOI:10.1063/5.0005872
摘要

The shock to detonation transition in heterogeneous high energy density solids starts with the spatial localization of mechanical energy into so-called hotspots that form due to the interaction between the leading wave and microstructural features and defects. We used large-scale molecular dynamics to characterize the hotspots resulting from the shock-induced collapse of cylindrical voids and elongated cracks focusing on the effect of shock strength, defect shape, and size. The temperature fields resulting from the collapse of cracks elongated along the shock direction show significantly higher sensitivity to both shock strength and size than cylindrical voids. Cracks 80 nm in length result in temperatures almost three times higher than voids 80 nm in diameter, reaching values corresponding to the ideal case of isentropic recompression of a gas. The molecular dynamics trajectories reveal the atomic origin of this contrasting behavior. While circular voids undergo a transition from viscoelastic pore collapse to a hydrodynamic regime with increasing shock strength, shock focusing in elongated cracks results in jetting and vaporization which, upon recompression, leads to increased heating.

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