自组装的分子动力学模拟_邓平晔
分子动力学系综讲解
由于每个单元内原子数为Nc=N/M2，因此对每个原子只要计算 9Nc个原子间距，对整个原子系统就要计算9NNc个原子间距。 对三维结构则要计算27NNc个原子间距（Nc=N/M3）。 关于原子间距的计算量就与微结构的尺度即原子系统的原子数 N成正比。
V
S (rij )
=
V
(rij
)
-V
c
0
r
ij
≤
r c
r
ij
>
r c
力场的截断
力场连续的势函数截断：
V
S
(rij
)
=
V 0
(rij
)
-
V
c
−
(
dV (rij drij
)
)
rij
=
rc
(rij
− rc )
rij ≤ rc rij > rc
近邻表
• 虽然引入了阶段半径的概念，但然而计算原 子间的距离需要耗费大量的CPU时间。
分子动力学模拟的基本过程
黄敏生
基本步骤
A.原子位置的初始化
• 建立分子动力学模拟过程的首要问题和第 一步是确定分子体系的初始条件。
• 两种方式，一是采用实验数据，二是借助 各种理论模型得到分子结构的几何参数， • 1.无论采取哪种方法，给定分子结构的空间坐 标都不一定处在分子力场最稳定的位置，即 各原子并非处在平衡态，造成体系的能量比 较高。
• 2.采用近似的Maxwell-Boltzmann统计分布 来赋予原子的初始速度是比较合理的。能 够使得系统尽快弛豫。
分子动力学模拟及应用简介
・ １ ０ １ ・
பைடு நூலகம்
分子动 力学模 拟及应用简介
关荣华 周 慧
（ 华北电力大学 数理 系， 河北 保 定 ０ ７ １ ０ ０ ３ １
摘 要： 分子动力 学模拟是一种计算机模拟 实验方 法， 通常利用计算机软件 ， 根 据牛顿力 学的基本原理 ， 以分子的运动为主要 的模拟 对象 ， 研 究体 系中所有粒子的运动状态随时 间的演 变， 分子动力学模拟不仅 可以得到 分子的运动轨迹 ， 同时还 可以观 察到原子运动 的微 观 细节。在 统计 力学系综 下， 通过对相 空间取 系综平均 ， 进 而获得体 系相应的物理性质 和化 学性质 ， 分子动力学模拟是对理论计算和实验 方法的有 力补 充。 关键词 ： 牛顿运动方程 ； 能量最小化 ； 能量平衡
的是‘ ＇ Ｖ ｅ ｒ ｌ ｅ ｔ ’ 算 法 ＋ △ ｒ Ａｗ Ａ ｔ ￣ ａ （ ｔ ） ／ ２ ； ａ （ ｔ ＋ Ａ ＋Ａｔ ｙ ｍ ； Ｖ （ ｔ ＋ Ａｏ ＝ Ｖ 的空间折叠方式决定了蛋 白质的特异性， 蛋白质结构基础决定了蛋白质 Ａ ｔ 【 ａ ＋Ａ日 ｙ ２ ， 当给出体系在 ｔ ＝ Ｏ 时刻的初始速度， 初始坐标刑 用以 的生物学基础。 目 前Ｐ Ｄ Ｂ （ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ Ｄ ａ ｔ ａ Ｂ ａ ｎ ｋ ］ 库已经日 月 确了大量蛋白的结 上公式积分就 可以得到任意时亥 Ｊ Ｉ 体系的坐标， 速度进 而得到体系的运动 晶结构， 这为我们利用分子动力学的方法研究蛋白的空间结构 、构象变 化、 相互作用以及运动趋势提够了结构基础。 为什么要采用分子动力学模 ｌ ２分子动力学模拟的基本过程。分子动力学模拟的基本过程就是 拟的方法研究蛋白质的空间结构、 构象变化以及运动趋势等？ 目前， 蛋白 体系能量最／ Ｊ 吡 和能量平衡的过程。能量最小化的过程实际上就是求势 质在行使其生物学功能的过程是—１ ＼ ｊ 奎 续的动态过程， 这是传统的电生 能函数极／ Ｊ 值 的过 昆 利用力场函数计算分子内各种可能结构的势能艘 理实验无法实现的， 同时分子动力学模拟的方法可以在分子原子水平来 索体系的势能最低点。 能量最小化是对所有模拟体系探讨的第一步， 即用 察蛋白氨基酸之间的相互作用， 蛋白的构象变化 以及运动趋势等。 系统的方法改变体系的原子坐 通过分子内部运动的势能下降的办法， 我们以钙激活大电导钾通道（ Ｂ Ｋ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ １ ） Ｊ ￣ 例珠 介绍分子动力学模 使分子结构逼近稳定结构翊 免不合理 的结构在模拟中出现锗误 。 拟在蛋白模拟方面的具体应用。 首先从 Ｐ Ｄ Ｂ库中获取 Ｂ Ｋ通道的关闭态 只有当体系完成能量最小化后才能进行真正的分子动力学模拟， 即 的晶体结构（ Ｐ Ｄ Ｂ ： ３ Ｎ Ａ Ｆ ） ， 因为 ３ Ｎ Ａ Ｆ中的部分氨基酸缺失， 首先利用 同源 能量平衡过程， 能量最小化的过程是求势能 函数极小值的过程， 能量平衡 模建的方法， 构建了完整的蛋白 结构。 接下来， 在 皖整的晶体结构的基础上 的过程实际上就是解这个多粒子体系的牛顿运动方程来描绘体系中所 构建物理模型， 以模拟蛋 白在生物体内的真实生理环境具体步骤为： 对晶 有； ｝ 壶 子 随时间演化的规律的过程。这时就可以根据粒子的位置和动量计 体结构加水盒子模 拟生物体内的液体环境； 在加水体系的基础上添加一 算倒 可 可 则物］ 翌 量的ｊ 急 定值。 在， 动 力 莫 拟分析中通 匍 百 过｛ 十 算 定物质的量的 Ｋ 和Ｃ Ｌ － 来中和体系内多余的电荷’ 以模拟生物体内中性 就完成了物理模型的构建。 在进行分子动力学模 粒子运动的方均根偏￣ ￣（ ｒ ｏ ｏ ｔ ｍ ｅ ａ ｎ ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ Ｉ １ ， Ｒ Ｍｓ Ｄ ｌ 用来衡量体系 环境。经以上两步骤后， 相对于初始时刻是否能达到平衡，同时也可以反应原子偏离 比对位置的 拟之前， 我们需要构建用来执行动力学模拟的配置文件， 配置文件中包含 程度。Ｒ Ｍ Ｓ Ｄ值越大原 子运动的空间范围越大原 子的空间位阻也就越 了一系列的配置参数廊置文件的作用是设定 Ｎ Ａ ＭＤ分子动力学模拟的 小原子 在时间 Ｎ ． 内Ｒ Ｍ Ｓ Ｄ的求算公式： 过程中的各种参 比如输出文件的频率 、 体系的温度、 计算时长、 Ｐ Ｄ Ｂ文
分子动力学模拟在玻璃表面研究中的应用
分子动力学模拟在玻璃表面研究中的应用
张彪
【期刊名称】《大连轻工业学院学报》
【年(卷),期】1989(008)003
【摘要】本文介绍了分子动力学模拟方法在玻璃表面研究中的应用,用该方法计算机模拟了 SiO_2玻璃,R_2O·3SiO_2(R=K、Na、Li)玻璃表面,得到的 PDF 结果表明,模拟和实验结果相当一致,说明分子动力学模拟是研究玻璃表面的有效手段。
【总页数】6页(P26-31)
【作者】张彪
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ171.12
【相关文献】
1.经典分子动力学模拟在矿物浮选研究中的应用 [J], 郝海青;李丽匣;张晨;袁致涛
2.分子动力学模拟在煤结构及相关研究中的应用 [J], 王善彪;秦志宏;周婧兰;连露露;杨小芹;林喆
3.拉曼光谱仪在基板玻璃表面污染物分析中的应用研究 [J], 王答成;刘晓芳;曾召
4.分子动力学模拟技术在有机蒙脱石研究中的应用 [J], 王越婷;贾如月;刘栋梁;邱俊;陈国伟;姜姗
5.量子化学计算和分子动力学模拟在金属加工液研究中的应用 [J], 孙建林;贺佳琪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
分子模拟简介
分子动力学模拟的原理简介授课人：杨俊升博士内容1 2 4分子模拟的应用分子动力学计算的原理分子动力学模拟实例3体系模型构建一、分子模拟的应用1.分子模拟概述定义：计算机辅助试验技术，以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为、体系的各种物理化学性质。
2.分子模拟的作用模拟材料的结构计算材料的性质预测材料的行为验证试验结果重现试验过程从微观角度认识材料总之，是为了更深层次理解结构，认识各种行为。
介观动力学分子力学、动力学量子力学密度泛函理论Walter Kohn E ρ[]=T o ρ[]+U ρ[]+E xc ρ[][])()()]([,,,2r r r n v k i k i k i eff ϕεϕ=+∇)]([)],...([1r n E r r E N =ψrd r n N r r f r n i i i i ⎰∑Ω=⋅=3*)()()()( ϕϕHohenberg-Kohntheorem Kohn-Shamequations •Exact only for ground state •Needs approximation to E xc荣获1998年的诺贝尔化学奖这三位科学家结合经典和量子物理学，设计出多尺度复杂化学系统模型，将传统的化学实验搬到了网络世界。
第一原理研究领域包括：✓晶体材料结构优化及性质研究（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）✓表面和表面重构的性质、表面化学✓电子结构（能带、态密度、声子谱、电荷密度、差分电荷密度及轨道波函分析等）✓晶体光学性质(包括EELS, XANS, XES)✓材料热力学参数计算✓点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶体晶界、位错）✓磁性材料研究✓材料力学性质研究✓材料逸出功及电离能计算✓STM图像模拟✓红外，拉曼光谱模拟✓反应过渡态计算✓动力学方法研究扩散路径A b s o r p t i o n (c m -1)图1 （a ）本征LN 晶体; （b ）Mn 替代Li 位LN 晶体; （c ）Mn 替代Nb 位LN 晶体;System Volume/Å3E total /eV LN1232.98-73221.751Mn@LN-11240.78-73678.119Mn@LN-21225.65-72314.594从上个世纪九十年代初期以来，计算机模拟技术得到了飞速发展，主要基于三个方面的发展： 分子力场的发展（基石）（Amber，OPLS、Compass）原子间的键长、键角、分子间的内聚能等模拟算法（途径）计算机硬件（工具）HPCx二、分子动力学计算的原理力场的概念：分子力场是原子分子尺度上的一种势能场，它描述决定着分子中原子的拓扑结构和运动行为。
自组装单分子层技术在细胞生物学中的应用
·131·131生物技术自组装单分子层技术的产生，为研究者控制表面分子结构，进行细胞生物学的相关研究，提供了一个非常优秀的平台。
1.蛋白吸附研究材料表面的化学性质是细胞吸附的物质基础。
细胞吸附的数量、密度、取向等依赖于基质表面的理化性能。
基质表面的理化性质可使蛋白质由原来构象完整、二级或三级结构不受影响的状态，逐渐转变成有一定程度变性的状态，如蛋白质失去了二级或三级结构、出现折叠中间体的吸附等；除此以外，蛋白质结构域变换的可能性也大大增加，这就是说当蛋白质在基质表面部分变性后，其中的一些结构域可能会与另一种蛋白质的结构域重组，其最终结果是使蛋白质完全变性，导致肽链完全解折叠，最终形成没有任何生理功能的无定型聚合物层。
例如,在聚苯乙烯基底接种细胞前，通常会预吸附一层纤连蛋白或胶原，提高细胞的粘附性。
这些吸附在材料表面的蛋白质在结构上存在异质性，即它们可能存在多种取向和构象，但是其中总会有一种能够增强细胞粘附、铺展和迁移的功能性构象存在。
同时，蛋白质也有可能非特异性地吸附到材料表面，这种性质对存在细胞键合位点的模型表面具有很大的影响。
例如，当材料处于细胞悬液中时，血清中的蛋白可以快速吸附到材料表面，阻止已经固定在材料表面的蛋白发挥作用。
不过，有多种方法可以用来解决这个问题，其中最简单的就是用封闭蛋白来处理材料表面，最常用的封闭蛋白是牛血清白蛋白。
将固定了功能蛋白的表面再浸入牛血清白蛋白中，使没有结合蛋白的表面空隙被牛血清白蛋白封闭，避免了培养液中蛋白与表面非特异性吸附。
2.细胞粘附研究自组装单分子层技术已经成功应用于功能肽在细胞粘附和迁移中作用的研究，在早些时候研究者就已经成功制备了由Gly-Arg-Gly-Asp-Ser 多肽修饰的分子层表面，这种多肽存在于纤连蛋白和其它的一些细胞外基质中，它是大约一半整联蛋白家族的配体。
通过研究发现，Swiss 3T3成纤维细胞在该分子层上粘附和铺展状态良好，荧光免疫反应显示已经粘附的细胞形成了正常的黏着斑——一串整联蛋白受体与基底之间形成了强有力的连接，并且开始传递粘附信号，形成肌动蛋白丝。
自组装的分子动力学模拟
收稿:2006年9月,收修改稿:2007年4月 3通讯联系人 e 2mail :y fchen @自组装的分子动力学模拟邓平晔1,2 张冬海1 田亚峻1 陈运法13 丁 辉3(1.中国科学院过程工程研究所 北京100080;2.北京市理化分析测试中心 北京100089;3.北京市科学技术研究院 北京100089)摘 要 简要回顾了近年来国内外分子动力学模拟自组装的研究,对已报道的建模方法、可视化表现以及相关应用略作概述,并以此为基础对自组装过程的分子动力学模拟研究所面临的问题和尚需深入的内容进行了讨论。
基于自组装、相变和涨落的固有联系,提出了以研究波动为手段,和以频率相关热容为研究对象的探索方向。
希望能够为分子动力学模拟推动自组装研究提供有益的参考。
关键词 分子动力学模拟 自组装 频率相关热容中图分类号:O64311;O6239 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2007)0921249209Molecular Dynamics Simulation of Self 2AssemblingDeng Pingye1,2 Zhang Donghai 1 Tian Yajun 1 Chen Yunf a13 Ding Hui3(1.Institute of Process Engineering ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100080,China ;2.Beijing Center for Physical and Chemical Analysis ,Beijing 100089,China ;3.Beijing Academy of Science and T echnology ,Beijing 100089,China )Abstract The current research about self 2assembly by the means of m olecular dynamics simulation is briefly reviewed in this paper.Both the methods of com putational m odeling and the visual representation of simulating results are briefly described respectively ,coupling with their applications in certain topics.Based on the analyzing and discussing of the contributions of previous research ,unclosed problems of m olecular dynamics simulating self 2assembly are proposed.The natural linkage of self 2assembly with phase transition or with fluctuation indeed gives the clue of heading path ,and consequently ,the reports of oscillation in self 2assembly and study of frequency dependent specific heat are als o presented in this paper.Therefore the idea that inspecting the oscillating parameters with respect to frequency dependent specific heat might be helpful to understand the process of self 2assembly and com puter simulations.K ey w ords m olecular dynamics simulation ;self 2assembly ;frequency dependent specific heat1 引言众多原子组成原子团簇或分子,然后又可以聚集形成微晶,微晶进一步发展成为晶体。
GROMACS分子动力学模拟并行计算的研究与实现
４不同并行环境ＧＲＯＭＡＣＳ的实现
在使用ＧＲＯＭＡＣＳ进行分子动力学模拟时， 控制分子动力学模拟的参数文件称为ｍｄｐ
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）文件。该文件
ｆｏｒＡＩＸ
５Ｌ，编译器是ＩＢＭ
Ｆｏｒｔｒｏｎ，
我们在上述三个环境中分别用ｌｎｐ、２ｎｐ、４ｎｐ 和８ｎｐ进行了计算，前两种并行环境计算任务提 交的过程中我们使用了Ｔｏｒｑｕｅ作业调度软件，作 业脚本分别是
ＧＲＯＭＡＣＳ一分子动力学模拟并行计算的研究与实现
陈文波张洋刘
鑫李廉
（兰州大学通信网络中心甘肃兰州７３００００）
（ｈｐｃ＠ｌｚｕ ｅｄｕ ｃｎｊ
摘要：随着生物化学研究领域的应用对速度和 内存资源需求的增高，并行计算已经成为解决该 问题的有效手段．．与并行计算相结合的分子模拟， 已经作为一种研究探索手段被许多科研工作者广
ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｉｎ
ａｓ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
。基金项甘：ｌ司家自然科学基金委员会以及“ｌ刊家科技基础条件平 台”资助项目：计算化学Ｅ—ＳＣＩＥＮＣＥ毋ｆ究与不范应用（９０６１２０１６）。
ｐａｒａｌｌｅｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓｕｃｈ
ＬＡＭ／ＭＰＩ，ＭＰＩＣＨ２
７
被广泛的应用于新型材料研制、化学Ｔ艺模拟、 大分子生物制药等领域，成为微观模拟的一个主
ｉｎｔｅｒｉｈｃｅ）是一个消息
操作系统半台执行并行程序。它把ＲＳ／６０００系统 的处理器叫做处理器节点，当用户执行并行程序 时，并行任务就分配到处理器节点上，处理器节 点在同一个网络，凶此并行任务能同步的通信和 交换数据。ＰＥ支持两种基本的并行程序模式
一ＳＰＭＰ／ＭＰＭＤ。ＳＰＭＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
分子动力学模拟在碳材料增强复合材料中的研究进展
分子动力学模拟在碳材料增强复合材料中的研究进展
李风;王乐;张瑾;王亭沂;范路
【期刊名称】《化学反应工程与工艺》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】综述了近年来国内外学者使用分子动力学模拟对碳纳米管、碳纤维和石墨烯增强的两相及三相树脂基复合材料进行研究的进展。
分别对界面结合能、基体分散、聚合物构象等方面的模拟计算进行概述,归纳总结了分子动力学模拟在树脂基复合材料中所能解决的各类技术难题,并对其应用前景和发展趋势进行了展望。
【总页数】9页(P177-185)
【作者】李风;王乐;张瑾;王亭沂;范路
【作者单位】中国石油化工股份有限公司胜利田分技术检测心;中国石油化工股份有限公司胜利田检测评价研究;中国石油化工股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TB332;O561.1
【相关文献】
1.短切高模碳纤维增强碳复合材料气孔率对力学性能的影响
2.原位生长碳纳米管增强碳/碳复合材料的研究进展
3.分子动力学模拟在环氧基复合材料中的应用
4.国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展
5.增强采样分子动力学模拟在生物分子研究中的进展（英文）
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《分子模拟设计》课件
目录
• 分子模拟设计概述 • 分子模拟设计的基本方法 • 分子模拟设计的应用领域 • 分子模拟设计的挑战与展望 • 分子模拟设计案例分析
01
CATALOGUE
分子模拟设计概述
定义与特点
定义
分子模拟设计是指利用计算机模 拟技术，对分子结构和性质进行 预测和设计的过程。
蒙特卡洛模拟
总结词
基于概率统计的模拟方法
详细描述
蒙特卡洛模拟是一种基于概率统计的模拟方法，通过随机抽样和统计计算来获 得系统的性质。该方法适用于模拟复杂系统，能够考虑系统的随机性和不确定 性。
分子力学模拟
总结词
基于势能函数的模拟方法
详细描述
分子力学模拟是一种基于势能函数的模拟方法，通过势能函数来描述分子间的相互作用和分子结构。该方法适用 于快速计算分子的结构和性质，常用于药物设计和材料科学等领域。
材料的界面行为等多个方面。
高分子材料的模拟设计有助于缩短新材料研发周期、 降低研发成本，提高新材料开发的成功率。
高分子材料的模拟设计是利用分子模拟技术对 高分子材料的结构和性质进行预测和优化的一 种方法。
通过模拟高分子材料的结构和性质，可以预测材 料的力学性能、热性能、电性能等，从而优化材 料的设计和制备工艺。
在生物大分子模拟中，研究人员可以使用分子模拟设计来研究蛋白质、 核酸和糖等生物大分子的结构和动力学性质。
这有助于理解这些大分子在细胞中的功能和相互作用的机制，以及与疾 病相关的生物大分子的异常行为。
04
CATALOGUE
分子模拟设计的挑战与展望
计算资源的限制
计算资源不足
高性能计算机和计算集群的资源有限，难以满足 大规模分子模拟的需求。
分子动力学模拟及其在材料中的研究进展汇总
《材料计算设计基础》学号：流水号：姓名：完成日期：分子动力学模拟及其在材料中的研究进展摘要：本文综述了分子动力学模拟技术的发展，介绍了分子动力学的分类、运动方程的求解、初始条件和边界条件的选取、平衡系综及其控制、感兴趣量的提取以及分子动力学模拟在材料中的研究进展。
关键词：分子动力学模拟平衡态系综金属材料感兴趣量径向分布函数引言科学工作者在长期的科学研究实践中发现，当实验研究方法不能满足研究工作的需求时，用计算机模拟却可以提供实验上尚无法获得或很难获得的重要信息；尽管计算机模拟不能完全取代实验，但可以用来指导实验，并验证某些理论假设，从而促进理论和实验的发展。
特别是在材料形成过程中许多与原子有关的微观细节，在实验中基本上是无法获得的，而在计算机模拟中即可以方便地得到。
这种优点使分子动力学模拟在金属材料研究中显得非常有吸引力。
分子动力学MD (Molecular Dynamics)模拟就是用计算机方法来表示统计力学，作为实验的一个辅助手段。
MD模拟就是对于原子核和电子所构成的多体系统，求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程)，其中每一个原子核被视为在全部其它原子核和电子作用下运动，通过分析系统中各粒子的受力情况，用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度，以确定粒子的运动状态，进而计算系统的结构和性质。
该模拟技术主要涉及粒子运动的动力学问题,与蒙特卡罗模拟方法(简称MC)相比,分子动力学是一种“确定性方法”,它所计算的是时间平均,而MC进行的是系综平均。
然而按照统计力学各态历经假设,时间平均等价于系综平均。
因此,两种方法严格的比较计算能给出几乎相同的结果。
经典的分子动力学方法是Alder等于1957年提出并首先在“硬球”液体模型下应用，发现了由Kirkwood在1939年根据统计力学预言的“刚性球组成的集合系统会发生有液相到结晶相的转变”。
后来人们称这种相变为Alder相变。
形成冶金复合材料界面的分子动力学模拟
形成冶金复合材料界面的分子动力学模拟在材料科学领域，冶金复合材料是一种非常有潜力的材料，它由两种或更多种不同的金属材料组成，通过热加工、机械加工、等离子弧焊、激光熔覆等工艺制备而成。
冶金复合材料因其物理性能优异，广泛应用于航空、汽车、机械等领域。
其中，界面的形成和性质对材料的整体性能有着至关重要的作用。
本文将介绍一种用分子动力学模拟研究冶金复合材料界面形成的方法。
一、分子动力学模拟简介分子动力学（Molecular Dynamics，MD）是一种分子模拟方法，主要用于研究分子间相互作用、分子的运动及其对宏观状态的影响。
分子动力学方法基于牛顿运动定律和哈密顿原理，通过数值模拟方法，将需要研究的分子体系建模并用数学方法求解其运动方程，从而得到分子的动态行为及性质。
二、冶金复合材料界面的分子动力学模拟冶金复合材料的界面是由两个或多个不同材料界面相互作用而形成的。
在分子动力学模拟中，可以通过建立一个真实的原子模型来研究界面形成的过程。
具体而言，包括以下步骤：（1）原子模型的构建冶金复合材料的材料选择和界面形态决定了原子模型的构建方式。
在构建原子模型时，首先需要选择用于模拟的原子种类和材料组成比例，然后通过分子动力学软件进行模型构建并设置参数，包括粒子间相互作用力和初速度等。
（2）原子模型的能量计算在模拟过程中，需要计算原子模型各个时刻的能量，以表征各个原子之间的相互作用。
因此，需要对原子间的相互作用力进行计算，从而得到体系的总势能。
通常采用Lennard-Jones 势函数来描述相互作用力。
（3）界面的形成过程模拟界面的形成主要是由于两种不同材料之间的扩散和相互作用引起的。
在分子动力学模拟中，可以通过模拟两种不同材料之间的相互作用，分析物质的扩散、界面的热力学稳定性及其界面形态变化等物理过程。
三、分子动力学模拟在冶金复合材料界面研究中的应用目前，分子动力学模拟在冶金复合材料界面的研究中已经得到广泛应用。
【精编】分子动力学模拟.PPT课件
rij f ij
2 K 3 Nk b T
PV 2 K 1 33
rij
f ij
2 3
K
2 3
P 2 [K ] 3V
1 2
rij fij
x new υ x old
V new υ 3V old
P 1 V 1 [υ 3 1 ]
TV
T
t P τ [ P0 P ]
P
υ {1
广义朗之万方程
miv•i(t)Fi(t)Ri(t)mi 0ti(tt')vi(t)d't
Ri(0)Rj(t) mik0 T ijij(t)
16、第六章、带传动(带传 动的张紧、使用和维护)资
料
复习旧课
1、带传动的失效形式和设计准则是什么？ 失效形式是：1）打滑；2）带的疲劳破坏。 设计准则是保证带在不打滑的前提下，具有足
Verlet 算法
r n 1 r n v n t 1 2 (m fn) t2 3 1 !d d 3 r 3 n tO ( t4 )
+ r n 1 r n v n t 1 2 (m fn ) t2 3 1 !d d 3 r 3 n tO ( t4 )
r n 1 2 r n r n 1 (m fn) t2 O ( t4)
d d i(t)v tfm i(it) k c b τ v dTT f0 T (T t)(t)v i(t)fm i(it) 1 2 T 0 T (T t)(t)v i(t)
c
df v
不能精确知道,假设
c
df v
= 1/2kb
压强
维里：作用在第 i个粒子上的力 Fi与坐标 ri乘积加和的期望值 维里定理：
n=0 中心盒
2009年11月24日同济大学授予博士学位名单(307人)
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 学号 0610102007 0610102008 0610102009 0610102010 0510102005 0610102003 0610102012 0510106005 0610106001 0410106003 0510106002 0610104007 0510104012 0610104009 0610104011 0610104012 0610104013 0410190011 0610190008 0610190014 0610101009 0610101001 0610101006 姓名 杨新兵 吴强 董琳 林启忠 董跃武 赵寿为 谷玉盈 柯微娜 古林强 张国星 李勇攀 王晓静 彭程 袁品仕 雷芳 李颖 刘金亮 孙玉花 叶黎明 杨光亮 镇斌 韩同伟 武秀根 学科专业 基础数学 应用数学 应用数学 应用数学 应用数学 应用数学 应用数学 声学 声学 声学 声学 无机化学 无机化学 无机化学 无机化学 无机化学 无机化学 海洋地质 海洋地质 固体地球物理学 一般力学与力学基础 固体力学 固体力学 导师 方小春 边保军 李雨生 李雨生 孙继涛 孙继涛 孙继涛 钱梦禄 盛胜我 王寅观 王寅观 胡中华 施宪法 吴庆生 闫冰 闫冰 闫冰 纪友亮 翦知湣 朱元清 徐鉴 贺鹏飞 贺鹏飞 论文题目 交叉积 C*-代数与迹秩 带交易费路径依赖期权的定价问题和数值计 算 图的 Ramsey 数的几个问题 二部图的几个 Ramsey 函数 随机脉冲系统理论及其在控制论中的应用 基于几何方法的混杂系统的分析与控制 复杂网络理论及其应用的研究 空气声换能器无损检测复合板材缺陷的实验 和三维数值模拟 扩散吸声体的理论分析与优化设计 连铸坯清洁度超声检测系统的建立与应用研 究 利用 Lamb 波,表面波,反射纵波和临界折射 纵波进行应力检测的理论研究与实验研究 TiO2 微球与负载型 TiO2/活性炭的制备、表 征和光催化性能研究 基于杯芳烃超分子功能的新型质子交换膜的 研究 二茂铁衍生物的纳米化及其微/纳碳化研究 稀土钨/钼酸盐发光材料的形貌控制合成及 发光性质研究 分子功能化稀土有机无机杂化介孔材料的组 装与性能研究 稀土有机-无机杂化发光材料的设计、 构筑和 组装 孔南地区断陷盆地早期层序地层特征及储层 预测研究 西太平洋暖池区晚第四纪温跃层变化及其古 海洋学意义 主动地震台的设计与研究 时滞耦合神经元的动力学行为及同步 石墨烯力学性能的分子动力学研究 基于限制失稳理论的艇用核反应堆 CRDM 系 统可靠性分析和试验研究 授予学位 门类 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 理学 工学 工学 工学
Fmoc-FF二肽分子自组装过程的分子动力学研究
Fmoc-FF二肽分子自组装过程的分子动力学研究郭凯;张恒;孙继超;苑世领;刘成卜【摘要】Molecular dynamics simulations were performed to investigate the self-assembly of Fmoc-FF dipeptide. The driving force of self-assembly and the effect of water bridge were investigated. During the simulation, Fmoc-FF dipeptides were first dispersed in aqueous solution and then the self-assembly occurred rapidly in a very short simulation time. At last the system reached the dynamics balance and the dipeptide could self-assemble into well-ordered cylindrical nanostructure. Computational analysis of radial distribution function( RDF) between fluorenyl rings showed a typical π-π interaction distance and some well-recognizedπ-π stacking geometries could be found from the nanostructures such as T-shaped and Herringbone structure. Further the interaction energy between Fmoc-FF dipeptide and water molecules and between different parts of Fmoc-FF dipeptide were calculated to make sure that the Fmoc-FF dipeptide tended to self-assemble into an aggregate and the major interaction was between fluorenyl rings. At last, the properties of hydrogen bond formed between water molecules and certain atoms of Fmoc-FF dipeptide indicated that water bridge structure could exist between two dipeptides and further stabilize the self-assembly aggregate.%采用分子动力学方法模拟研究了Fmoc-FF二肽分子在溶液中的自组装过程，探究了自组装过程中的驱动力及水桥结构对聚集体稳定性的影响。
分子动力学模拟及其在材料科学中的研究进展
分子动力学模拟及其在金属材料中的研究进展摘要本文综述了分子动力学模拟技术的发展，介绍了分子动力学的分类、运动方程的求解、初始条件和边界条件的选取、平衡系综及其控制、感兴趣量的提取以及分子动力学模拟在金属材料中的研究进展。
关键词：分子动力学模拟平衡态系综金属材料感兴趣量径向分布函数引言科学工作者在长期的科学研究实践中发现，当实验研究方法不能满足研究工作的需求时，用计算机模拟却可以提供实验上尚无法获得或很难获得的重要信息；尽管计算机模拟不能完全取代实验，但可以用来指导实验，并验证某些理论假设，从而促进理论和实验的发展。
特别是在材料形成过程中许多与原子有关的微观细节，在实验中基本上是无法获得的，而在计算机模拟中即可以方便地得到。
这种优点使分子动力学模拟在金属材料研究中显得非常有吸引力。
分子动力学MD (Molecular Dynamics)模拟就是用计算机方法来表示统计力学，作为实验的一个辅助手段。
MD模拟就是对于原子核和电子所构成的多体系统，求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程)，其中每一个原子核被视为在全部其它原子核和电子作用下运动，通过分析系统中各粒子的受力情况，用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度，以确定粒子的运动状态，进而计算系统的结构和性质。
该模拟技术主要涉及粒子运动的动力学问题,与蒙特卡罗模拟方法(简称MC)相比,分子动力学是一种“确定性方法”,它所计算的是时间平均,而MC进行的是系综平均。
然而按照统计力学各态历经假设,时间平均等价于系综平均。
因此,两种方法严格的比较计算能给出几乎相同的结果。
经典的分子动力学方法是Alder等于1957年提出并首先在“硬球”液体模型下应用，发现了由Kirkwood在1939年根据统计力学预言的“刚性球组成的集合系统会发生有液相到结晶相的转变”。
后来人们称这种相变为Alder相变。
Rahman于1963年采用连续势模型研究了液体的分子动力学模拟。
分子动力学中的非平衡态研究
分子动力学中的非平衡态研究分子动力学是一种运用计算机模拟系统的方法，研究分子尺度上的物理运动规律的学科。
通过分子动力学模拟，可以更好地解释和预测分子的行为，有助于发展新型材料和探索新的生物医学领域。
然而，通常情况下分子在非平衡态下的运动规律并不容易研究。
非平衡态通常是指分子系统处于一个不稳定或动态变化的状态，例如外部施加强制、化学反应、热力学不平衡等等，这些不同的场景也会在不同的尺度上展示出不同的行为。
为了更好地研究分子在非平衡态下的运动规律，有学者针对不同场景提出了不同的分子动力学模拟方法。
以下将介绍几种常见的方法。
1. 基于广义热力学的非平衡分子动力学 (NAMD)非平衡分子动力学 (NAMD)，是一种基于广义热力学的非平衡分子动力学方法，由 John Eastwood 和 Peter Winn 于 2013 年首次提出并发表，旨在模拟非平衡状态下的分子运动。
该方法在传统分子动力学基础上加入了一些广义热力学理论，可以更准确地模拟能量交换，从而更好地研究分子在非平衡态下的行为。
2. 最大熵方法最大熵方法是另一种常见的非平衡态研究方法，起源于热力学中的最大熵原理。
该方法旨在从分子系统的部分坐标或其他限制条件中推导出整个分子系统的热力学性质，从而更好地描述非平衡态下的分子运动。
最大熵方法可用于模拟混合物、高粘度溶液和生物体系等复杂环境的非平衡态动力学行为。
在遇到高耗散能力或复杂协同机制的情况时，最大熵方法往往比传统方法更加准确。
3. 非平衡态界面动力学 (NIDS)非平衡态界面动力学 (NIDS) 是用于模拟非平衡态界面的分子动力学模拟方法。
在NIDS方法中，模拟系统通常包括两个或更多不同的相，例如气/液界面、液/液界面等等。
该方法可以模拟各种不同类型的非平衡态现象，如张力、相互作用能等，为化学、环境和物理领域中的大量系统提供了一种基本的分子动力学模拟方法。
总之，非平衡态分子动力学是一个快速发展的领域，其应用范围十分广泛。