Почему горячие точки в взрывчатых веществах ведут себя одинаково при разных масштабах?

Горячие точки — это крошечные области высокой температуры, которые образуются в местах микроструктурных дефектов, например, пор, в мощных взрывчатых веществах. Они появляются при воздействии резких ударных волн, таких как взрыв или сильный механический удар. Именно горячие точки играют ключевую роль в определении того, инициируется ли взрыв и приведёт ли он к полной детонации. Понимание природы горячих точек необходимо для построения точных предсказательных моделей безопасности и эффективности взрывчатых веществ, используемых в оборонной промышленности, горном деле и других отраслях.
Почему горячие точки в взрывчатых веществах ведут себя одинаково при разных масштабах?
Изображение носит иллюстративный характер

Компьютерное моделирование горячих точек применяется с 1960-х годов, но до недавнего времени детализированные атомистические симуляции были возможны только для очень маленьких пор, что ограничивало масштаб исследований. Эта проблема была решена командой учёных из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) под руководством Мэтта Крунблаута. Используя суперкомпьютер Sierra, исследователи провели крупнейшие в истории молекулярно-динамические (MD) симуляции взрывчатых веществ, сосредоточив внимание на веществах на основе TATB (1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол).

В ходе работы был смоделирован процесс формирования горячей точки в многомикронной области с порой диаметром 300 нанометров. В расчётах участвовало до 600 миллионов атомов — это рекорд для MD-симуляций взрывчатки. Такой масштаб позволил впервые наблюдать детали формирования горячих точек при схлопывании пор под ударной волной почти без физических приближений, что резко снижает вероятность ошибок при переносе результатов на реальные материалы.

Молекулярно-динамические симуляции позволяют напрямую проследить сложнейшее взаимодействие механики материала, теплопереноса, фазовых переходов и химии, которые определяют формирование горячих точек. Однако для расширения анализа на ещё большие поры исследователи применили также континуальные симуляции с помощью кода ALE3D — мультифизического метода конечных элементов, позволяющего независимо задавать свойства материалов.

Сравнение результатов MD и ALE3D выявило неожиданный масштабный эффект: горячие точки, возникающие в порах размером более 20 нанометров, обладают одинаковыми температурными распределениями и структурными признаками вне зависимости от размера поры. Такой эффект масштабной инвариантности оказался связан с механическими свойствами TATB: при ультрабыстрых скоростях деформации (характерных для схлопывания поры под ударом) напряжённо-деформационный отклик TATB не зависит от скорости деформации. ALE3D-симуляции подтвердили, что именно эта особенность объясняет масштабную инвариантность, наблюдаемую в MD-расчётах.

Открытие масштабной инвариантности значительно упрощает моделирование горячих точек в взрывчатых веществах и повышает уверенность в переносимости атомистических выводов на крупномасштабные модели. Это открывает новые возможности для разработки универсальных мультиуровневых моделей для нечуствительных взрывчатых веществ и может стать основой для создания новых материалов с повышенной безопасностью и эффективностью. Как отметил Мэтт Крунблауд: «Такая работа делает молекулярно-динамические симуляции фундаментом для разработки более общих многомасштабных моделей нечуствительных взрывчатых веществ и может привести к созданию новых взрывчатых материалов с улучшенными характеристиками безопасности и производительности».


Новое на сайте

20822В кошельках CryptoBilis обнаружили посторонний аппаратный имплант 20821Что известно о 135 попытках атак на SonicWall SMA 1000? 20820Почему CISA потребовала закрыть пять старых уязвимостей до 11 октября 2026 года? 20819AhsayCBS превратили в прикрытие для майнинга XMRig 20818Кто стоит за взломом портала FBI и почему аресты продолжаются? 20817Кто контролирует ИИ-агентов, которых компания не выбирала? 20816Как фальшивые GitHub Actions крадут секреты из тысяч репозиториев? 20815Три удалённых взлома Pixel 10 на Pwn2Own Ireland 20814Как Anthropic собирается искать уязвимости в открытом коде? 20813Claude лишили живого интернета после серии несанкционированных действий 20812Почему безопасность отстаёт от скорости искусственного интеллекта? 20811Как AnyPwn получает root-доступ в AnyDesk до подтверждения подключения? 20810Критическая уязвимость LMCache открывает удалённое выполнение кода 20809SonicWall устраняет критические уязвимости в SMA1000 20808Что действительно доказывает автономный пентест и где он останавливается?
Ссылка