炸药反应微观多尺度计算MAPS软件平台设备论证

1、炸药反应微观多尺度计算MAPS软件平台（软件类★）

1）名称、版本、功能模块、用途

名称：炸药反应微观多尺度计算MAPS软件平台

版本：3.4.1版

组成及功能：

（1）MAPS Platform 平台模块

功能：

a. 友好的建模功能：基于三维切图和分子片段；力场分配和建议优化功能;聚合物建模；晶体建模；表面建模；Mesoscale 建模；纳米结构建模；

b. 方便的基于力场的计算分析功能：分子模拟过程的动画显示；结构（键长、键角和二面角等）和能量随时间变化曲线；扩散系数计算；径向分布函数；自由体积计算；相关系数计算；结构（键长、键角和二面角等）分布情况

c. 支持Python语言脚本编写并可以提交任务功能：软件平台的GUI功能都可通过编写的Python 脚本来实现，并且通过组合脚本实现自动化管理计算任务的目的。

d. 提供友好的作业管理系统：可以进行监控作业的运行、跟踪、强制取消等任务（包括远程任务）。特殊运行条件的控制也可以通过该系统实现。可以与PBS 作业管理系统结合使用。

（2）MMPS Atomistic分子动力学计算模块

功能：

a.采用Newton移动方程描述原子、分子和宏观粒子的移动，可支持多种边界条件和约束条件：除了支持周期体系之外，还能处理非周期体系，包括固定边界条件、收缩边界条件和最小收缩边界条件。

b.拥有广泛的力场，包括：Amber、CHARMM、Dreding、Martin力场和EAM 势。

c.能处理液态、固态和气态的各种粒子系综。可以模拟原子、聚合物、生物大分子、金属和粒状体系。

d.有效的处理部分带电系统的长程修正，RESPA多时间步积分和能处理非正交和金属体系。

e.能做结构优化，包括原子位置和胞体积，能做分子动力学计算，支持的系综有NVE、NVT和NPT。

f.预测多种性质并解释很多现象，如分子在聚合物中的扩散、溶解度参数和相容性、表面附着力、粘度、摩擦、有机物和无机物的密度。

g.可以实现自由电子动力学计算。

（3）MMPS-DPD 耗散粒子动力学计算模块

功能：

a. 采用Newton移动方程和指定的相互作用能描述我们研究的体系，并计算其运动轨迹，由此计算体系的各种性质。

b. 广泛应用于复杂液体模拟、胶束形成、块体聚合物形态预测、药物释放现象和很多其它。

c. 允许发生两个粒子的位置重叠

（4）MAPS.Amorphous Builder无定形物建模模块

功能：

a.基于Monte Carlo技术结合反冲生长技术建立复杂单质或混合物的无

定形结构。界面或接口系统采用周期系统来解决。

b.可以建立与实验密度一致的刚体系统。可以建立单质或混合物的模型，例如聚合物熔体、溶液、多相界面、表面和任意材料的多层结构模型。

c.可以通过该模块控制如何把选取的组分添加到模拟单胞中；也可以实现把某个单层物质添加到由两层平行“墙”组成的空隙中，并模拟限制系统；可以定义被排除的球形体积，控制分子摆放在表面的任意位置；用户可以结合上述功能完成需要的各种不同的形态学模型。

d.应用质量控制技术可以避免不合理的连接或渗透现象。可以防止分子生长过程中的重叠，例如聚合物链和纳米颗粒在纳米复合材料的建模。

e.可以用来作为结构优化或者分子动力学模拟的输入，预测静态和动态性质：如扩散系数、渗透率、粘度、弹性性质及很多其它性质。

f.可以一步就产生高密度的聚合物如密度高达1.5 g/cm3 的Kapton 或者Polysulfonates。

（5）MAPS.Elastic Properties 预测材料弹性性质计算模块

功能：基于分子动力学模拟的预测材料的弹性性质(预测材料的应力应变曲线、杨氏模量和泊松比)。

（6）MAPS.ReaxFF 反应动力学计算分析模块

功能：采用经典分子动力学模拟手段研究大尺度反应体系和扩展观察时间。分析ReaxFF 模拟得到的结果，如燃烧、氧化和聚合反应，研究不同因素对反应的影响，如温度、压强和组成。

（7）MAP.Cross-link Builder 交联结构建模模块

功能：

依靠分子模拟引擎建立cross-linked 聚合物模型

（8）MAPS.ABINIT 密度泛函第一性原理计算模块

功能：

a.在密度泛涵理论框架内基于平面波赝势和平面波基组，能进行体系的结构优化和分子动力学计算，也能进行总能、电荷密度和电子结构计算。

b.可以得到很多性质，包括动力学矩阵、Born 有效电荷和介电张量。它也可以处理激发态计算问题，如用TD-DFT 研究分子、多体微绕理论（GW 近似）研究固体。非常适合解决固体物理、材料科学、化学和材料工程中的固体、分子、表面和界面问题。

c.可以计算声子频率、声子态密度和力常数；可以计算简协近似下的热动力学性质

（9）MAPS.Towhee 蒙特卡洛计算模块

功能：

a.蒙特卡洛计算工具适合预测流体相平衡研究。

b.适用各种系综、支持多种力场和与固体的相互作用（包括多孔材料），

c.使用 Grand Canonical Monte Carlo (GCMC)方法

d.可用于吸附等温线、结合位、结合能、扩散途径及分子选择性的研究。

（10）MAPS.TeamFF 高精度力场模块

功能：

a.解决了力场计算中经常遇到的“缺少参数”的问题，可以对不同类型

的中小分子直接从量子化学计算结果推导其力场参数，可由分子片段

得到大分子或高分子的力场。

b.包含：（1）高精度力场数据库（2）根据量子化学计算结果模拟力场

参数功能（3）分子动力学计算优化VDW参数

（11）MAPS.NWChem 高效量子化学计算程序

功能：

a.标准的量子化学计算模块，计算效率高，能处理的分子很大，可以调用的CPU数目多大几十万个。

b.提供键长、键角、振动频率、光学性质（IR,RAMAN,UV-Vis）和其它性质，化学反应过程中能量变化，即过渡态搜索计算。

c.多尺度计算方法HF,DFT,TD-DFT,MP2，CCSD和CCSD(T)。

d.通过分子动力学计算动力学性质，并可以进行异构体搜索计算。

e.可以处理气相化学问题、各种化学反应（如均相催化），通过COSMO 模型可以考虑溶剂化效应。

f.采用RPA和Tamm-Dancoff方法计算激发态（单态和三态），包括CD 谱计算。

g.包含相对论效应；旋轨耦合。

用途：采用先进的多尺度材料模拟软件技术，可以用于建立宏观炸药性质和微观材料特性之间的相互关系。这种关系的建立有助于清楚炸药制造影响因素中哪个是关键的，并能做到有效的提高炸药的整体性质。多尺度模拟设计软件弥补了以往理论研究过于理想化和简化工作条件等诸多与实际偏离的缺陷。可以计算高分子的物性，小分子和高分子凝聚状态和变化分析，研究分子反应机理，固体、表面、界面的电子结构计算。

2）功能要求

1.具有很强扩展性的材料设计平台，提供一系列模拟模块，组成强有力的、高扩展性的材料设计环境。

2.提供3个用户界面，用户界面同时支持Windows和Linux操作系统；

3.不限制服务器端并行度和同时可以提交的作业数。

4.分子动力学模块提供丰富的力场，包括Amber、CHARMM、Dreding、Martin力场和EAM势、MEAM、Tersoff、SW、Universal Force Field、CVFF、PCFF、OPLS、TIP4P 等。

5. 模拟平台支持用户二次开发，支持计算引擎修改。

6. 分子动力学计算模块要求支持的系综有NVE、NVT和NPT，可以考虑的边界条件种类丰富，如：固定边界条件、内缩边界条件、膨胀-内缩边界条件等。

7. 分子动力学计算模块要求可直接获得粘度、扩散系数等结果的分析功能。

8. 提供丰富的反应动力学计算分析功能，例如：化学反应分析、生成物跟踪分析等。

9. 可以构建交联结构模型。

10. 第一性原理计算模块要求可以直接进行声子谱计算功能，支持GW方法。

11. 蒙特卡洛计算模块要求支持NVT/NPT/uVT/Gibbs系综，支持CMBC方法。

12. 支持Python脚本语言。

3）新增的必要性