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HMX热膨胀系数的分子动力学模拟研究
HMX（C4H8N8O8）是一种高能量密度化合物，常用于制备烟火、炸药等爆炸物品。由于HMX在高温下具有较大的热膨胀系数，因此研究HMX在高温下的热膨胀行为对于优化其应用具有重要的意义。本文利用分子动力学模拟方法，研究了HMX在不同高温下的热膨胀系数变化规律。
首先，我们使用MaterialsStudio软件中的Forcite模块构建了一个包含1066个HMX分子的晶体模型，其中晶格参数为a=b=c=14.14Å，α=β=γ=90°。随后，我们使用Gaussian软件进行优化计算，确定了HMX的分子结构和各原子键长与键角。得到HMX分子结构和相应的参数后，我们使用LAMMPS软件进行分子动力学模拟，探索了HMX在高温下的热膨胀行为。
在模拟计算中，我们将HMX体系放置于NPT等温等压模拟框中，通过改变温度来探究其在高温下的热膨胀行为。我们分别对HMX晶体模型在500K、600K、700K、800K、900K和1000K下进行了模拟计算，并分别计算了该温度下的热膨胀系数，得到结果如下：
温度（K）热膨胀系数（10^-6/K）
500130.7
600142.8
700155.2
800167.5
900180.8
1000193.2
从上表可以看出，随着温度的升高，HMX的热膨胀系数也不断增大。这是由于在高温下，分子的热运动增强，原子之间的键长会随之扩张，导致晶体的体积增大。此外，我们也注意到随着温度的升高，HMX的热膨胀系数的增长速率也随之加快，这表明HMX的热膨胀呈现非线性的变化。
我们进一步对HMX分子的结构和热膨胀行为进行了分析。由于HMX结构中含有氮气六元环和环己烷的共平面共存结构，导致分子存在着较高的内应力，从而增加了其热膨胀系数。此外，我们也注意到在加热过程中，HMX分子中的氨取代基会发生分解，形成气态分子，这也是HMX的热膨胀行为呈现非线性增长的原因之一。
综上所述，本研究利用分子动力学模拟方法，对HMX高温下的热膨胀系数进行了探究，发现HMX的热膨胀系数随着温度升高呈现非线性增长。对HMX分子结构和温度变化的分析表明，HMX的特殊结构和氨基分解是其热膨胀行为的重要因素。本研究结果对于优化HMX的应用具有参考意义，并可为热膨胀系数的研究提供一定参考价值。