几何结构优化与频率计算

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机械结构固有频率分析与优化设计

机械结构固有频率分析与优化设计机械结构的固有频率是指在没有外力作用下，结构自身振动的频率。

对于机械结构而言，固有频率的大小与结构的稳定性、可靠性以及工作性能密切相关。

因此，分析和优化机械结构的固有频率是一项非常重要的工作，它可以帮助我们了解结构的动力特性，并提出相应的优化设计方案。

一、固有频率的概念与应用固有频率是机械结构的一个重要参数，它代表了结构的固有振动特性。

在机械结构设计中，我们常常需要了解结构在不同工作环境下的固有频率，并对其进行优化。

例如，对于一个汽车底盘而言，我们需要确定其在不同路面条件下的固有频率，以保证结构的稳定性和行驶安全性。

固有频率的分析通常采用有限元方法。

有限元方法将结构划分为多个小单元，建立数学模型，并通过求解模型的特征值问题来获得结构的固有频率。

通过分析不同模态下结构的振型，我们可以进一步了解结构的动力特性。

二、固有频率的影响因素机械结构的固有频率受到多个因素的影响。

以下是几个常见的影响因素：1. 结构的材料和几何形状：材料的弹性模量以及结构的几何形状会直接影响结构的固有频率。

通常情况下，刚性材料和几何形状简单的结构具有较高的固有频率。

2. 结构的质量分布：结构的质量分布也会对其固有频率造成影响。

例如，质量偏向某一侧的结构会导致其固有频率发生变化。

3. 结构的支撑和约束条件：结构的支撑和约束条件对其固有频率也有很大影响。

不同的支撑和约束方式会给结构带来不同的刚度，从而改变其固有频率。

三、固有频率的优化设计固有频率的优化设计是提高机械结构性能和可靠性的重要手段。

通过优化结构的材料、几何形状、质量分布以及支撑和约束条件等因素，可以改变结构的固有频率，达到优化设计的目的。

1. 材料的选择与优化：不同材料的弹性模量不同，通过选择合适的材料可以改变结构的固有频率。

例如，在需要降低固有频率的情况下，可以选择弹性模量较低的材料；相反，在需要提高固有频率的情况下，可以选择弹性模量较高的材料。

各稳定点几何结构的优化,频率计算单点能量计算

题目含氟杂环化合物肼解反应机理的理论研究专业方向化学专业，物理化学方向指导教师及薛英小组成员目的和要求1.培养学生综合运用所学数学，物理和化学知识来解决实际问题的能力。

2.提高学生的独立工作能力和科研素养。

3.了解进行科学研究和创新的过程，培养出对理论化学研究的兴趣。

4.初步了解物理化学领域的前沿研究动态。

5.要求学生具有好的数学、物理、英语等相关课程成绩；有一定的计算机应用能力。

6.对从事科学研究兴趣浓厚，有好奇心。

勤奋、善于思考。

7.遵守实验室各种规章制度，特别是安全制度。

参考资料实验路线方法（供学生参考）•方法：气相反应：B3LYP/6-31G**; 溶剂效应：CPCM/B3LYP/6-31G** •程序：Gaussian03•步骤：各稳定点几何结构的优化，频率计算单点能量计算自然键轨道(NBO) 方法计算Wiberg 键级显性溶剂分子和极化连续介质模型(CPCM)计算溶剂效应拟解决的关键问题及创新意义含氟化合物在医药，农业，新材料和氟化学中有广泛的应用，因此实验学家一直致力于寻找简便，经济的方法合成该类化合物。

2003年Buscemi等人报道了第一个通过含氟的五元杂环在DMF溶剂中的肼解反应来制备氟代1，2，4-三唑分子的合成方法。

但是对这个反应的机理还没有人进行研究。

为了从理论上阐明这个反应的机理和溶剂的作用，本项目将采用量子化学方法研究反应过程的中间体和过渡态的结构和能量，找出反应的决速步骤和控制因素，解释实验现象，讨论溶剂效应的影响。

本项目的研究，对于剖析和理解相关实验结果，进而指导进一步的实验研究，有着重要的理论意义和应用前景。

使用大型仪器估计学时数（无）完成实验项目应具备的基础知识数学、物理、英语等相关课程成绩优良；具有扎实的无机，有机和物理化学基础和专业知识；有一定的计算机应用能力。

实验技能训练要点1．阅读文献和查阅科技文献资料2．学习量子化学计算软件Gaussian程序的使用。

计算化学实验_分子结构模型的构建及优化计算

计算化学实验_分⼦结构模型的构建及优化计算实验9 分⼦结构模型的构建及优化计算⼀、⽬的要求1．掌握Gaussian 和GaussView程序的使⽤。

2．掌握构建分⼦模型的⽅法，为⽬标分⼦设定计算坐标。

3．能够正确解读计算结果，采集有⽤的结果数据。

⼆、实验原理量⼦化学是运⽤量⼦⼒学原理研究原⼦、分⼦和晶体的电⼦结构、化学键理论、分⼦间作⽤⼒、化学反应理论、各种光谱、波谱和电⼦能谱的理论，以及⽆机、有机化合物、⽣物⼤分⼦和各种功能材料的结构和性能关系的科学。

Gaussian程序是⽬前最普及的量⼦化学计算程序，它可以计算得到分⼦和化学反应的许多性质，如分⼦的结构和能量、电荷密度分布、热⼒学性质、光谱性质、过渡态的能量和结构等等。

GaussView是⼀个专门设计的与Gaussian配套使⽤的软件，其主要⽤途有两个：构建Gaussian的输⼊⽂件；以图的形式显⽰Gaussian计算的结果。

本实验主要是借助于GaussView程序构建Gaussian的输⼊⽂件，利⽤Gaussian程序对分⼦的稳定结构和性质进⾏计算和分析。

三、软件与仪器1．软件：Gaussian03、GaussView计算软件，UltraEdit编辑软件。

2．仪器：计算机1台。

四、实验步骤1．利⽤GaussView程序构建Gaussian的输⼊⽂件打开GaussView程序，如图9-1所⽰，在GaussView中利⽤建模⼯具（View→Builder→），如图9-2所⽰，在程序界⾯元素周期表的位置处找到所需的元素，单击即可调⼊该元素与氢元素的化合物。

图9-1 GaussView打开时的界⾯图9-2点击Builder及双击图标后出现的元素周期表窗⼝图若要构建像⼄烷这样的链状分⼦，需要先点击⼯具栏中的按钮，常见的链状分⼦就显⽰在新打开的窗⼝中，如图9-3所⽰。

图9-3 常见链状官能团窗⼝图若要构建像苯、萘等环状结构的分⼦结构，需要双击⼯具栏中的按钮，常见的环状有机分⼦就显⽰在新打开的窗⼝中，如图9-4所⽰。

机械结构固有频率分析与优化

机械结构固有频率分析与优化机械结构是人工制造出来的具有特定功能的物体，如汽车发动机、桥梁、飞机机翼等。

在设计和制造机械结构时，固有频率分析与优化是一个非常重要的步骤。

通过对机械结构的固有频率进行分析和优化，可以提高结构的稳定性和可靠性，减少结构的振动和疲劳破坏，从而延长结构的使用寿命。

固有频率是指机械结构在没有外部激励的情况下自由振动的频率。

每个机械结构都有多个固有频率，对应于不同的振动模态。

固有频率的高低直接影响着机械结构的动态响应和振动特性。

较低的固有频率可能导致结构共振，造成动态失稳和结构破坏；而较高的固有频率则可以减小结构振动的幅度和响应，提高结构的稳定性和工作效率。

固有频率的分析可以通过有限元方法进行。

有限元方法是一种将复杂结构分割成小的有限单元，通过计算每个单元的振动特性，然后将这些单元牵连起来得到整个结构的振动响应的数值计算方法。

在有限元分析中，固有频率一般通过求解结构的特征方程得到。

特征方程是一个关于固有频率与振型的本征值问题，通过数值求解可以得到结构的固有频率和相应的振动模态。

固有频率分析的结果可以用来指导结构的优化设计。

在机械结构的优化设计中，通常需要对结构的材料、构型和连接等参数进行调整，以使得结构的固有频率达到设计要求。

例如，对于桥梁结构来说，为了防止共振和减小结构的振动，可以增大桥梁的自然频率，有助于提高桥梁的稳定性和承载能力。

而对于飞机机翼来说，需要根据不同飞行状态和工作要求，调整机翼的结构参数，以提高固有频率，减小结构的振动。

除了固有频率的分析和优化，机械结构的动态特性还包括振动模态、振动幅值和振动形态等。

在进行固有频率分析时，也可以得到结构的不同振动模态的形态和频率。

振动幅值和振动形态可以通过模态分析和振动实验得到，用来评估结构在不同振动状态下的响应和振幅。

根据振动特性的分析结果，可以对结构的材料和构造进行优化设计，以提高结构的稳定性和工作效率。

综上所述，机械结构固有频率分析与优化是设计和制造过程中不可或缺的一环。

有机磷类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

有机磷类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究黄双根;吴燕;胡建平;刘木华【摘要】Organophosphorus pesticides were often used for prevention and control disease and insect of plant,and are acute toxic to human and livestock by anti-ache activity.The molecular geometry of three organophosphorus pesticides(dimethoate,trichlor-fon and phosalone)were constructed on Gauss View3.07,and Density functional theory (DFT)was used to optimize and calcu-late the vibrational wavenumbers of three organophosphorus pesticides by B3LYP hybrid functional and 6-31G(d,p)basis set. The experimental spectra of three organophosphorus pesticides were compared with the theoretically calculated spectra and Sur-face-enhanced Raman Scattering spectra (SERS).The results indicated that the experimental spectra and theoretically calculated spectra of three organophosphorus pesticides have a very good match.The Raman peaks of three organophosphorus pesticides were roundly assigned between the range of 400~1 800 cm-1 ,and the characteristics peaks of three organophosphorus pesticides were found.The Raman vibration peak of organophosphorus pesticide may appear similar characteristic peak.The pesticide con-tained P—O is between 1 140 and 1 320 cm-1 ,the pesticide contained P—S is in the range 535~750 cm-1 ,and the organo-phosphorus pesticide contained P—O—C is n the range 920~1 088 cm-1 .The different characteristic peaks of three pesticides were found by the contrast of the surface enhanced Raman spectra.This shows that the SERS method can beused to identify the organophosphorus pesticide.The results can furnish a theoretical support for qualitative and quantitative analysis of organophos-phorus pesticide.%有机磷类农药常被用于防治植物病、虫、害,但对人、畜的急性毒性很强,能抑制乙酰胆碱酯酶。

钢结构自振频率分析与优化设计

钢结构自振频率分析与优化设计自振频率是指结构在自身没有外部激励的情况下产生的固有振动频率。

钢结构自振频率的分析与优化设计是工程领域重要的研究课题之一，对于保证结构的安全性和稳定性具有关键作用。

首先，进行钢结构自振频率分析时，需要考虑结构的动力特性、材料特性以及结构的几何形态。

其中，结构的刚度是影响自振频率的重要因素之一。

刚度较大的结构往往具有较高的自振频率，反之亦然。

因此，优化设计时可以通过调整结构的截面尺寸、材料性质以及梁柱等构件的布置方式来改变结构的刚度，从而达到调节自振频率的目的。

在分析钢结构的自振频率时，还需要考虑结构的振型。

振型是指结构在振动时不同部位的位移分布情况。

结构的振型与其自振频率密切相关，不同的频率对应着不同的振型。

例如，自振频率较低的模态往往具有较大的位移响应，而较高的自振频率则对应着较小的位移响应。

因此，通过对结构进行自振频率分析，可以了解到结构的振型特点，从而为结构的设计提供重要的参考依据。

钢结构自振频率分析与优化设计不仅可以用于评估结构的振动性能，还可以用于探测结构的缺陷和隐患。

由于振动会引起结构内部的应力变化和疲劳破坏，因此通过自振频率分析可以对结构的健康状况进行监测。

通过对结构振动响应的采集和分析，可以及时发现结构的变形、裂缝等缺陷，并采取相应的修复和加固措施。

这不仅可以提高结构的使用寿命，还能够保证结构的安全性和可靠性。

然而，钢结构的自振频率分析与优化设计并非一件简单的任务。

首先，钢结构的模型构建需要考虑多个因素，包括结构的材料、几何形态、运载条件等。

其次，自振频率的计算需要进行大量复杂的数值计算和仿真分析，这对计算资源和算法的要求较高。

此外，在操作过程中还需要考虑结构的实际使用条件和约束，使得优化设计结果能够满足实际需求。

最后，钢结构自振频率分析与优化设计是钢结构工程设计中不可或缺的一环。

通过对结构的自振频率进行分析，可以了解结构的动态特性和振动行为，为结构的设计提供依据和指导。

高斯计算常见错误及解决方案

⾼斯计算常见错误及解决⽅案GAUSSION计算常见错误及解决⽅案1. ⾃旋多重度错误2. 变量赋值为整数3. 变量没有赋值4. 键⾓⼩于等于0度，⼤于等于180度5. 分⼦描述后⾯没有空⾏6. ⼆⾯⾓判断错误，造成两个原⼦距离过近7. 分⼦描述⼀⾏内两次参考同⼀原⼦,或参考原⼦共线运⾏出错1. ⾃洽场不收敛 SCFa. 修改坐标，使之合理b. 改变初始猜 Guessc. 增加叠代次数SCFCYC=Nd. iop（5/13=1）2. 分⼦对称性改变a. 修改坐标，强制⾼对称性或放松对称性b. 给出精确的、对称性确定的⾓度和⼆⾯⾓c. 放松对称性判据 Symm=loosed. 不做对称性检查iop(2/16=1)3. ⽆法写⼤的Scratch⽂件RWFa. 劈裂RWF⽂件%rwf=loc1,size1,loc2,size2,……..,locN,-1b. 改变计算⽅法MP2=Direct可以少占硬盘空间c. 限制最⼤硬盘maxdisk=N GB4. FOPT出错原因是变量数与分⼦⾃由度数不相等。

可⽤POPT 或直接⽤OPT5. 优化过渡态只能做⼀个STEP 原因是负本征数⽬不对添加iop（1/11）=16. 组态相互作⽤计算中相关能叠代次数不够，增加叠代次数QCISD（Maxcyc=N）Default.Rou设置在Scratch⽂件夹中的Default.Rou⽂件中设置G03程序运⾏的省缺参数：-M- 200MW-P- 4-#- MaxDisk=10GB-#- SCF=Conventional or Direct-#- MP2=NoDirect or Direct-#- OPTCYC=200-#- SCFCYC=200-#- IOPs 设置如iop（2/16=1）Default.Rou设置中的冲突Default route: MaxDisk=2GB SCF=Direct MP2=Direct OPTCYC=200 SCFcyc=100 iop(2/16=1) iop(5/13=1) ------------------# ccsd/6-31G** opt------------------L903/L905 and L906 can only do MP2.问题在于，ＭP2=Direct！去掉这个设置，CCSD的作业就能进⾏了。

1,2,3-三唑类药物活性化合物的密度泛函理论研究

1,2,3-三唑类药物活性化合物的密度泛函理论研究许丽艳;汪彬;王晓蓉;李强;王鑫;郭生伟【摘要】运用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP/6-31G*对1,2,3-三唑类药物活性化合物进行几何结构的全优化,并通过频率的计算确认得到的构型为最优结构.以优化得到的基态稳定构型为基础,分别对该系列化合物的前线轨道能级及能隙进行分析;对分子中ADCH电荷进行计算;对该系列化合物的理论吸收光谱和荧光发射波长以及IR光谱进行模拟.通过与HIV-1蛋白酶之间氢键的作用分析结果表明,此系列衍生物有望作为一种显像抗蛋白抑制剂.此外,对β-内酰胺卡宾与3,6-二吡嗪-1,2,4,5-四嗪合成产物C的反应机理进行了研究,进一步明确了其合成机理,为以后该系列化合物的合成提供一定的理论依据.【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2019(039)004【总页数】6页(P1-6)【关键词】密度泛函理论;1,2,3-三唑类化合物;理论吸收光谱;荧光;反应机理【作者】许丽艳;汪彬;王晓蓉;李强;王鑫;郭生伟【作者单位】北方民族大学材料科学与工程学院,宁夏银川 750021;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;四川大学高分子材料工程国家重点实验室,四川成都610065;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺 113001;北方民族大学材料科学与工程学院,宁夏银川 750021;北方民族大学材料科学与工程学院,宁夏银川 750021【正文语种】中文【中图分类】O6041,2,3-三唑类衍生物是一类重要的含氮五元杂环化合物，具有消炎杀菌抗病毒等许多药理活性[1-2]，可应用于制备抗生素、抗体以及抗病毒制剂等，因此这类化合物的合成方法与性质研究一直是工业界和学术界研究的热点。

ADF教程：ADF分析AT碱基对氢键文献详解

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占据轨道之间的在空间上互相排斥的效果。轨道相互作用△Eoi 在任何分子轨道理论模型中，当然也包括密度泛函 Kohn-Sham 理论，都是产生电荷转移的原因所在（也就是施主、受主，一者的占据轨道和另一者的空轨道之间的相互作用，即互相混合所造成。HOMO-LUMO 之间的相互作用，或者说互相混合，也包括在其中。这部分轨道的相互作用，或者说这部分轨道的混合，导致了单体之间出现电荷转移）；另外，△Eoi 也导致极化（由于另一个单体的存在，导致此单体自己的空、占轨道之间也在一定程度上互相混合。这部分轨道的相互作用，或者说这部分轨道的混合，导致了单体的极化）。 △Edisp 代表色散修正能量（具体可以参考 Grimme 等人的工作）[7e,f]。轨道相互作用能还可以通过 ETS 方法（extended transition state）进一步分配到不同的不可约表示（即可以得到各个不可约表示下，△Eoi 的贡献大小），这种方法是有 Ziegler 和 Rauk [14] [15] 提出的。我们采用的此方法与 Morokuma 方法有所不同。Morokuma 方法倾向于将△Eoi 分解为极化部分和电荷转移部分。对于像本文研究的平面结构的碱基对 AT 及其同类结构而言，σ/π区分非常明显，因此本文采用的方法，包含的信息量更大一些： △Eoi =△Eσ+△Eπ 2.3 电荷分布分析电子密度的分布使用 Voronoi deformation density（VDD）方法研究[16]。VDD 电荷 QA 是对形变电荷△ ρ(r)=ρ(r)-∑BρB(r) 在 A 原子的 Voronoi 原胞空间范围进行积分得到的。形变电荷指：整个分子的电子密度与孤立中性原子电子密度放置于与分子相同的坐标上直接叠加得到的电子密度之差。某个原子的 Voronoi 原胞指：该原子与附近所有原子的垂直平分面包围得到的最小多面体。在固体物理学中，这也叫做 Wigner Seitz 原胞。

b3lyp计算分子结构的流程

b3lyp计算分子结构的流程英文回答：B3LYP Calculations for Molecular Structure Determination.B3LYP (Becke, three-parameter, Lee-Yang-Parr) is a hybrid density functional theory (DFT) method that is widely used for the calculation of molecular structures. It is a relatively accurate and computationally efficient method, making it suitable for a wide range of applications in computational chemistry.The B3LYP functional is a combination of the Becke exchange functional (B), the three-parameter Lee-Yang-Parr correlation functional (LYP), and a local exchange functional (LDA). The B functional is designed to improve the treatment of exchange interactions, while the LYP functional is designed to improve the treatment of correlation interactions. The LDA functional is added toprovide a local correction to the exchange-correlation energy.The B3LYP functional has been shown to perform well for a variety of molecular systems, including organic molecules, inorganic molecules, and biological molecules. It is particularly well-suited for the calculation of molecular geometries, vibrational frequencies, and thermochemical properties.Procedure for B3LYP Calculations.The following procedure can be used to perform B3LYP calculations for molecular structure determination:1. Geometry optimization: The first step is to optimize the molecular geometry. This can be done using a variety of methods, but the B3LYP functional is a good choice for this purpose.2. Frequency calculation: Once the molecular geometry has been optimized, a frequency calculation should beperformed. This will calculate the vibrational frequencies of the molecule, which can be used to confirm that the optimized geometry is a true minimum.3. Thermochemical property calculation: Once the molecular geometry and vibrational frequencies have been calculated, a variety of thermochemical properties can be calculated. These properties include the total energy, the heat capacity, and the entropy.中文回答：B3LYP 计算分子结构的流程。

分子的几何构型优化计算.doc

分子的几何构型优化计算（2）m ents (2)a n98)1.优化目的：对分子性质的研究是从优化而不是单点能计算开始。

这是因为我们认为在自然情况下分子主要以能量最低的形式存在。

只有能量最低的构型才能具有代表性，其性质才能代表所研究体系的性质。

在建模过程中，我们无法保证所建立的模型有最低的能量，所以所有研究工作的起点都是构型优化，要将所建立的模型优化到一个能量的极小点上。

只有找到合理的能够代表所研究体系的构型，才能保证其后所得到的研究结果有意义。

分子性质研究的一般模式:2 高斯中所用到的一些术语的介绍a n98的界面2.1势能面在不分解的前提下，分子可以有很多个可能的构型，每个构型都有一个能量值，所有这些可能的结构所对应的能量值的图形表示就是一个势能面，势能面描述的是分子结构和其能量之间的关系，以能量和坐标作图。

根据分子中的原子数和相互作用形式，有可能是二维的，也有可能是多维的。

势能面上的每一个点对应一个具有一个能量的结构。

能量最低的点叫全局最小点，局域最小点是在势能面上某一区域内能量最小的点，一般对应着可能存在的异构体。

鞍点是势能面上在一个方向有极大值而在其他方向上有极小值的点，通常对应的都是过渡态。

优化的目的就是找到势能面上的最小点，因为这个点所对应的构型能量最低，是最稳定的。

2.2确定能量最小值构型优化就是找体系的最小点或鞍点。

能量的一阶导（也就是梯度，注意在数学中，一阶导表示着函数的变化趋势，一阶导为零就表明找到了极值点，这是确定最小值的数学基础）是零，这表明在这个点上的力也是零（因为梯度的负值是力）。

我们把势能面上这样的点称为静态点（也就是上面所说的极小点）。

所有成功的优化都会找到一个静态点，虽然有时找到的静态点并不是想要的静态点。

程序从输入的分子构型开始沿势能面进行优化计算，其目的是要找到一个梯度为零的点。

计算过程中，程序根据上一个点的能量和梯度来确定下一步计算的方向和步幅。

梯度其实就是我们所说的斜率，表示从当前点开始能量下降最快的方向。

结构计算中出现局部振动的处理方式

结构计算中出现局部振动的处理方式在结构计算中，局部振动是指结构中的其中一部分或者一些局部节点的振动频率比其他节点或者整体结构的振动频率要高。

这可能会引起结构的疲劳破坏、共振或者其他不良影响，因此需要对局部振动进行处理。

处理局部振动的方式可以从以下几个方面考虑：1.结构优化设计：在设计过程中，可以通过优化结构的几何形状、截面尺寸、材料选择等来减小一些节点或者区域的振动频率，以达到降低局部振动的目的。

此外，还可以通过增加节点的刚度、调整局部节点的约束等方式来提高局部节点的振动频率。

2.增加结构的阻尼：将适当的阻尼装置加入结构中，可以通过消耗振动能量来降低结构的共振效应，减小局部振动。

常用的阻尼装置包括摩擦阻尼器、粘滞阻尼器和液体阻尼器等。

这些阻尼装置可以根据需要在结构中的局部节点处进行设置。

3.调整结构的固有频率：通过对结构进行调整，可以改变结构的固有频率，使得结构的固有频率与激励频率不相等，从而避免结构出现共振现象。

这可以通过改变结构的质量分布、刚度分布或者增加质量的方式来实现。

4.加强结构的耐疲劳性能：局部振动往往会引起结构的疲劳破坏，因此需要通过加强结构的耐疲劳性能来减小局部振动的影响。

可以在结构的局部节点处增加加强筋、加固板等来提高结构的疲劳寿命。

5.使用振动吸收器：通过在结构的局部节点处添加振动吸收器，可以将局部振动能量引导到吸收器中进行消耗，从而减小局部振动。

振动吸收器可以通过调整其自然频率和阻尼特性来实现不同的吸振效果。

需要注意的是，以上处理方式并不是独立的，也可以结合使用。

在实际工程中，根据具体情况，可以采用合适的处理方式来解决结构中的局部振动问题。

最终的目标是使结构具有良好的振动性能和耐久性，保证结构的安全可靠运行。

在Gaussian计算中,应该注意的十个问题

在Gaussian计算中，为了确定优化得到的几何结构是势能面上的局域极小点还是鞍点，或者要得到相关的热力学性质，经常需要对优化后的几何结构进行振动分析。

这里我们将讨论几个频率计算中常见的一些问题。

希望能对初学Gaussian的人有所帮助。

首先，原则上说，振动频率分析只对稳定结构有意义。

这里所说的稳定结构包括是势能面上的局域极小点和鞍点。

如下图1所示是一维自由度上的势能面，A和B处在势能面的局域极小点，而处在势能面的鞍点上。

他们在都处在平衡位置（原子核受力为零），不同的是，A和B来说离开平衡位置会受到指向平衡位置处的力，而C离开平衡位置会受到远离平衡位置的力。

因此A和B处在稳定平衡点，C处在不稳定平衡点。

实际上，一个分子可以有很多的自由度，如果在所有自由度上分子都处在稳定平衡，就是稳定的分子。

频率分析得结果是所有频率都是正的，表明这是一个局域的极小点。

如果分子只在一个自由度上处于不稳定平衡位置，其他自由度上都处在稳定平衡位置，说明该结构是一阶鞍点。

分子在稳定自由度方向上的振动才是真实的振动，在不稳定自由度方向上的实际上是不会有振动的。

不过我们可以对不稳定方向上的运动也按振动来做数学处理，会的到负的振动频率，我们称它为虚频。

虚频的出现表明该结构为鞍点。

第二，Gaussian计算中，频率的计算一定要在和分子结构优化相同的方法，基组下进行，否则计算的结果是没有意义的。

我们知道，任何理论水平下的计算，都是在一定的近似下进行的，不同的理论水平的近似程度是不同的。

在一种理论水平A下优化的稳定结构Geom_A会和另一种理论水平B下优化的稳定结构Geom_B有差别，也就是说Geom_A不会是理论水平B下的稳定结构。

根据前面我们所讨论的，在理论水平B下对一个不稳定的结构进行频率分析是没有意义的。

图2示意说明了不同理论水平下稳定点结构的不同。

图2 不同理论水平下优化的稳定结构是不同的第三，频率计算中可以考虑同位素效应（Freq=ReadIsotopes）。

结构优化设计结构优化的目标方法和应用案例

结构优化设计结构优化的目标方法和应用案例结构优化设计——结构优化的目标、方法和应用案例1. 引言结构优化设计是目前工程领域中一项重要且热门的研究方向。

通过优化设计的方法，可以提高结构的性能和效率，减少材料使用量和成本，同时满足结构的强度和刚度等工程要求。

本文将介绍结构优化的目标、方法和应用案例。

2. 结构优化的目标结构优化设计的目标是通过调整结构的形状、几何参数或材料分布等方式，使结构在预定条件下达到最优的性能。

主要包括以下几个方面：(1) 最小重量设计：在满足结构强度和刚度要求的前提下，使结构的重量最小化，以减少材料使用和成本。

(2) 最大刚度设计：通过优化结构的几何参数和材料分布，使结构的刚度最大化，以提高结构的稳定性和抗震性能。

(3) 最高自然频率设计：增加结构的自然频率，提高结构的抗震性能和动力响应。

(4) 最小应力设计：通过优化结构的形状和材料分布，使结构的内部应力和位移最小化，以提高结构的寿命和可靠性。

3. 结构优化的方法结构优化设计涉及到各种优化算法和方法，以下是一些常用的方法：(1) 数学规划方法：基于目标函数和约束条件建立优化模型，通过数学规划算法求解最优解。

例如，线性规划、非线性规划、整数规划等。

(2) 进化算法：基于生物进化原理的优化算法，如遗传算法、粒子群算法、人工蜂群算法等。

这些算法通过不断迭代和变异，逐渐优化出最优解。

(3) 拓扑优化方法：通过调整结构的材料分布，实现结构重量的最小化。

例如，有限元法、拓扑优化法等。

(4) 参数优化方法：通过调整结构的几何参数和尺寸，优化结构的性能。

例如，响应面法、遗传算法等。

(5) 多目标优化方法：考虑多个相互矛盾的优化目标，通过多目标优化算法寻找一组最优解，形成一个权衡解集。

4. 结构优化的应用案例结构优化设计在多个领域都有广泛的应用，以下是几个典型的案例：(1) 航空航天工程：在航天器的设计中，结构优化可用于最小化重量、减小湍流阻力、优化飞行器的空气动力学特性等。

ADF教程：如何优化分子的几何结构

如何优化分子的几何结构-ADF此处以氧气分子举例：优化中性O2分子：1，参数设置注意，O2的基态是三重态（两个电子未配对），因此Spin Polarization设为2。

因为O2很小因此为了省事，直接把优化的基组设置成了TZP，实际上分子比较大的时候设置为DZP更好（省时间），然后优化结束之后，再计算single point即可。

本例中对总能量很感兴趣，因此PBE的效果会好于B3LYP。

在ADFinput分别点击file-save，file-run，即运行计算。

2，结果查看计算结束后，查看总能量：注意：优化过程会不断地计算不同的分子结构，直到找到最低能量的结构为止。

收敛标准得到5个T 表示五个收敛标准都达到。

其中第二个标准最重要，一般也是最后一个达到的，第二个标准是势能面的梯度最大值。

这个标准非常严格，对于大量过渡金属参与的化学反应，过渡态搜索，有可能达不到这样严格的标准，一般到0.003左右也可以认为收敛了，可以将对应的分子结构拿来使用。

优化过程结构变化的查看：查看能量的变化：查看键长的变化：按住shift键，即可选择多个原子，如图所示，按住shift键，分别选中两个O原子，原子变为高亮，表示被选中。

然后右方出现键长变化的图，窗口下方也会出现每一步的具体键长数值。

注意：键角、二面角也是类似，选中对应的原子，然后选择上面的选项即可。

如果要将某一帧（往往需要导出最后一帧）的结构导出，可以用如下几种方式：●在movie窗口，点击file-save geometry，则将该结构保存为xyz坐标格式，供下次使用；●在movie窗口，点击file-Update Geometry In Input,则将该帧坐标更新到ADFinput窗口中。

到此优化过程完成！一般结构优化完成之后，会进行频率计算，检查是不是存在虚频。

如果存在虚频，则表示优化不精确，需要继续优化。

但这个问题在ADF一般很少出现。

因此，对于非弱键的体系，都可以省去这一步。

高斯中关于频率的几点问题

Gaussian 程序频率计算中的几个问题在Gaussian计算中，为了确定优化得到的几何结构是势能面上的局域极小点还是鞍点，或者要得到相关的热力学性质，经常需要对优化后的几何结构进行振动分析。

这里我们将讨论几个频率计算中常见的一些问题。

希望能对初学Gaussian的人有所帮助。

首先，原则上说，振动频率分析只对稳定结构有意义。

这里所说的稳定结构包括是势能面上的局域极小点和鞍点。

如下图1所示是一维自由度上的势能面，A和B处在势能面的局域极小点，而处在势能面的鞍点上。

因此A和B处在稳定平衡点，C处在不稳定平衡点。

实际上，一个分子可以有很多的自由度，如果在所有自由度上分子都处在稳定平衡，就是稳定的分子。

频率分析得结果是所有频率都是正的，表明这是一个局域的极小点。

如果分子只在一个自由度上处于不稳定平衡位置，其他自由度上都处在稳定平衡位置，说明该结构是一阶鞍点。

分子在稳定自由度方向上的振动才是真实的振动，在不稳定自由度方向上的实际上是不会有振动的。

不过我们可以对不稳定方向上的运动也按振动来做数学处理，会的到负的振动频率，我们称它为虚频。

虚频的出现表明该结构为鞍点。

图1 势能面上的局域极小点和鞍点第二，Gaussian计算中，频率的计算一定要在和分子结构优化相同的方法，基组下进行，否则计算的结果是没有意义的。

我们知道，任何理论水平下的计算，都是在一定的近似下进行的，不同的理论水平的近似程度是不同的。

在一种理论水平A下优化的稳定结构Geom_A会和另一种理论水平B下优化的稳定结构Geom_B有差别，也就是说Geom_A不会是理论水平B下的稳定结构。

根据前面我们所讨论的，在理论水平B下对一个不稳定的结构进行频率分析是没有意义的。

图2示意说明了不同理论水平下稳定点结构的不同。

图2 不同理论水平下优化的稳定结构是不同的第三，频率计算中可以考虑同位素效应（Freq=ReadIsotopes）。

结构模态及频率响应分析与优化设计

结构模态及频率响应分析与优化设计结构模态及频率响应分析与优化设计是结构工程中的重要内容。

通过对结构的模态分析和频率响应分析，可以了解结构的振动特性和动态响应，并通过优化设计来改善结构的性能。

结构模态分析是指通过数值模拟和计算方法，计算结构在自由振动状态下的固有频率和振型。

固有频率是结构的固有特性，振型则是结构在特定频率下的振动形态。

通过模态分析，可以了解结构的固有频率分布情况，以及各个模态的振型特征。

模态分析的步骤主要包括：建立结构的有限元模型、求解结构的特征值问题、计算模态振型和固有频率。

有限元模型是通过离散化方法将结构划分为有限个单元，并根据单元的性质和连接关系构建刚度矩阵和质量矩阵。

求解特征值问题即求解结构的特征值和特征向量，通常采用迭代计算方法。

计算模态振型和固有频率则是根据特征值和特征向量计算得到的结果。

通过模态分析，可以得到结构的固有频率和振型信息，进而对结构的振动特性进行分析和评估。

例如，可以判断结构是否存在共振现象，即结构在某一频率下受到外力激励时，振动幅值会不断增大。

共振会引发结构的破坏和失稳，因此需要避免共振频率与外力频率相近的情况。

另外，模态分析还可以用于结构的设计优化，例如通过调整结构的几何形状、材料参数或支撑条件等，来改变结构的固有频率和振型，从而满足设计要求。

频率响应分析是指通过数值模拟和计算方法，计算结构在受到外力激励时的动态响应。

频率响应分析可以用于评估结构的动态性能和振动稳定性，以及分析结构在地震、风荷载等自然灾害下的响应情况。

频率响应分析的步骤主要包括：建立结构的有限元模型、施加外力激励、求解结构的动态响应。

有限元模型的建立和求解方法与模态分析类似，不同之处在于需要施加外力激励，即将结构在受力条件下进行分析。

外力激励可以是单点力、均布载荷、地震波等。

求解结构的动态响应则是通过数值计算方法，计算得到结构在不同频率下的振动幅值和相位。

通过频率响应分析，可以得到结构在不同频率下的振动响应情况，进而判断结构是否满足设计要求。

基于DFT计算的1,4-丁二醇脱水反应过程分析

第35卷第2期高校化学工程学报No.2 V ol.35 2021 年4 月Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Apr.2021文章编号：1003-9015(2021)02-0287-11基于DFT计算的1,4-丁二醇脱水反应过程分析米容立1, 吴志强1, 杨伯伦2(1. 西安交通大学化学工程与技术学院, 陕西西安710049;2. 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室, 陕西西安710049)摘要：为了研究1,4-丁二醇脱水反应机理和催化调控机制，基于密度泛函理论和变分过渡态理论，使用Gaussian软件计算了该反应网络中各物质的热力学参数，通过对各反应过渡态及反应路径的搜索，确定反应基元步骤，明确了反应催化剂设计与反应过程强化的基本策略。

结果表明，在研究的温度范围内，各反应平衡常数较大，整个过程为动力学控制。

生成四氢呋喃的平行副反应和生成1,3-丁二烯的串联副反应势垒最低，对主产物3-丁烯-1-醇选择性的影响最大。

可通过酸碱双功能催化剂的设计对1,4-丁二醇端羟基及β-H同时实施活化，使1,4-丁二醇更易脱水生成3-丁烯-1-醇，同时缩短3-丁烯-1-醇停留时间来抑制串联副反应的发生。

关键词：热力学；反应机理；量子化学；动力学中图分类号：TQ 233.2 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-9015.2021.02.013Analysis on dehydration reaction of 1,4-butanediol based on DFT calculationMI Rong-li1, WU Zhi-qiang1, YANG Bo-lun2(1. School of Chemical Engineering and Technology, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China;2. State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)Abstract:The dehydration reaction mechanism of 1,4-butanediol and the regulation mechanism of catalyst were studied using Gaussian 09 based on the DFT theory and transition state theory, and the thermodynamic parameters of the 1,4-butanediol reaction network were calculated. The elementary steps were determined by searching the transition state and pathway of each reaction. The strategies of both catalyst design and reaction process intensification were also clarified. Results show that the reaction network was under kinetic control within the studied temperature range due to large equilibrium constants. Kinetic studies indicated that the parallel side reaction of tetrahydrofuran formation and the tandem side reaction of 1,3-butadiene formation greatly influenced the selectivity of 3-buten-1-ol due to their low potential energy barriers. The terminal hydroxyl group and β-H can be simultaneously activated by designing an acid-base bifunctional catalyst to make 1,4-butanediol dehydrating to 3-buten-1-ol more easily. Meanwhile, the method of reducing the residence time of 3-buten-1-ol could be used to suppress the occurrence of tandem side reactions.Key words: thermodynamics; reaction mechanisms; quantum chemistry; kinetics1前言1,4-丁二醇(1,4-butanediol，BDO)是一种含有4个碳原子的二元伯醇，主要用于生产包括四氢呋喃(tetrahydrofuran，THF)[1]、γ-丁内酯(gamma-butyrolactone，GBL)[2]、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate，PBT)[3]、聚氨基甲酸酯(polyurethane，PU)[4]等在内的一系列精细化学品，是十分重要的化收稿日期：2020-05-18；修订日期：2020-08-04。

机械结构优化设计中的自然频率分析与调整

机械结构优化设计中的自然频率分析与调整随着科技的不断发展，机械结构在各个领域中都得到了广泛的应用。

在设计机械结构时，优化其性能和功能是非常重要的一步。

而自然频率分析与调整则是机械结构优化设计中的关键环节之一。

自然频率是指机械结构在没有外界激励下的固有振动频率。

机械结构的自然频率与其材料的刚度、质量分布以及结构的几何形状等因素密切相关。

对于工程师来说，了解和调整机械结构的自然频率是非常重要的，以便在设计过程中避免共振、谐振等问题的发生。

首先，进行自然频率分析是了解机械结构振动特性的关键步骤。

通过数值计算或者实验测试，可以得到机械结构的自然频率。

这些频率给出了结构的固有振动模式和可能存在的共振频率。

例如，在建筑物设计中，自然频率分析可以帮助工程师了解结构的抗震性能，从而进行合理的设计和调整。

其次，在自然频率分析的基础上，工程师可以根据需求对机械结构进行调整和优化。

通过调整结构的材料、几何形状以及质量分布等因素，可以改变结构的自然频率。

例如，对于一座高层建筑而言，如果其自然频率与风荷载频率接近，就容易发生共振现象，造成结构破坏。

因此，可以通过增加结构的刚度或者改变结构的质量分布来提高自然频率，从而防止共振发生。

另外，自然频率分析与调整在机械结构的设计过程中也起到了指导作用。

通过分析结构的自然频率，可以发现潜在的设计问题，并在设计阶段进行相应的调整，从而避免在实际应用中出现问题。

例如，在飞机设计中，通过自然频率分析可以预测到结构的动态特性，从而优化结构的设计，提高飞行性能和安全性。

此外，自然频率分析与调整在机械结构动态响应分析中也扮演着重要的角色。

机械结构在运行过程中会受到外界的激励，例如风荷载、震动等。

这些激励会引起结构的振动，并可能导致结构损坏。

通过了解机械结构的自然频率和工作频率的关系，可以预测和避免共振和谐振现象的发生，并选择合适的控制措施来保证结构的稳定性和安全性。

总之，机械结构优化设计中的自然频率分析与调整是非常重要的一环。