分子動(dòng)力學(xué)的模擬過(guò)程上課講義

1、分子動(dòng)力學(xué)的模擬過(guò)程精品資料分子動(dòng)力學(xué)的模擬過(guò)程分子動(dòng)力學(xué)模擬作為一種應(yīng)用廣泛的模擬計(jì)算方法有其自身特定的模擬步驟,程序流程也相對(duì)固定。本節(jié)主要就分子動(dòng)力學(xué)的模擬步驟和計(jì)算程序流程做一些簡(jiǎn)單介紹。1. 分子動(dòng)力學(xué)模擬步驟分子動(dòng)力學(xué)模擬是一種在微觀尺度上進(jìn)行的數(shù)值模擬方法。這種方法既可以得到一些使用傳統(tǒng)方法 ,熱力學(xué)分析法等無(wú)法獲得的微觀信息 ,又能夠?qū)?shí)際實(shí)驗(yàn)研究中遇到的不利影響因素回避掉 ,從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)研宄難以實(shí)現(xiàn)的控制條件。分子動(dòng)力學(xué)模擬的步驟為 :(1)選取所要研究的系統(tǒng)并建立適當(dāng)?shù)哪M模型。(2)設(shè)定模擬區(qū)域的邊界條件,選取粒子間作用勢(shì)模型。(3)設(shè)定系統(tǒng)所有粒子的初始位置和初始速度。

2、(4)計(jì)算粒子間的相互作用力和勢(shì)能,以及各個(gè)粒子的位置和速度。(5)待體系達(dá)到平衡 ,統(tǒng)計(jì)獲得體系的宏觀特性。分子動(dòng)力學(xué)模擬的主要對(duì)象就是將實(shí)際物理模型抽象后的物理系統(tǒng)模型。因此,物理建模也是分子動(dòng)力學(xué)模擬的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。而對(duì)于分子動(dòng)力學(xué)模擬,主要還是勢(shì)函數(shù)的選取 ,勢(shì)函數(shù)是分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算的核心。這是因?yàn)榉肿觿?dòng)力學(xué)模擬主要是計(jì)算分子間作用力,計(jì)算粒子的勢(shì)能、位置及速度都離不開(kāi)勢(shì)函數(shù)的作用。系統(tǒng)中粒子初始位置的設(shè)定最好與實(shí)際模擬模型相符,這樣可以使系統(tǒng)盡快達(dá)到平衡。另外 ,粒子的初始速度也最好與實(shí)際系統(tǒng)中分子的速度相當(dāng),這樣可以減少計(jì)算機(jī)的模擬時(shí)間。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝

3、謝 2精品資料要想求解粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就必須把運(yùn)動(dòng)方程離散化,離散化的方法有經(jīng)典Verlet算法、蛙跳算法 (Leap-frog)、速度 Veriet 算法、 Gear預(yù)估 -校正法等。這些算法有其各自的優(yōu)勢(shì) ,選取時(shí)可按照計(jì)算要求選擇最合適的算法。統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)各物理量時(shí) ,便又涉及到系統(tǒng)是選取了什么系綜。只有知道了模擬系統(tǒng)采用的系綜才能釆用相對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法更加準(zhǔn)確,有效地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算 ,減少信息損失。2. 分子動(dòng)力學(xué)模擬程序流程具體到分子動(dòng)力學(xué)模擬程序的具體流程 ,主要包括 :(1)設(shè)定和模擬相關(guān)的參數(shù)。(2)模擬體系初始化。(3)計(jì)算粒子間的作用力。(4)求解運(yùn)動(dòng)方程。(5)循環(huán)計(jì)算 ,待穩(wěn)定后

4、輸出結(jié)果。分子動(dòng)力學(xué)模擬程序流程圖如2.3 所示。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝 3精品資料圖 2.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬程序的流程圖4. 分子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)分子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展同其他新事物的發(fā)展一樣,都遵循著從簡(jiǎn)單到復(fù)雜 ,從全面到專業(yè)的發(fā)展歷程。從開(kāi)始只有幾個(gè)分子動(dòng)力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者到現(xiàn)在各個(gè)行業(yè)的研究者都想應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)促進(jìn)自身行業(yè)的發(fā)展,分子動(dòng)力學(xué)經(jīng)歷了巨大的發(fā)展。研究者們致力于如何幵發(fā)出通用性強(qiáng),具有強(qiáng)大功能的分子模擬軟件,并且將其應(yīng)用于科學(xué)研宄甚至是商業(yè)發(fā)展。他們不斷研究,認(rèn)真分析 ,力求改進(jìn)分子模擬算法 ,并且開(kāi)發(fā)出更加準(zhǔn)確的能夠表示各種系統(tǒng)的勢(shì)能模型。另外在分子動(dòng)力學(xué)模擬

5、運(yùn)算速度上,科學(xué)家們也做了許多努力。眾所周知,分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算要受到計(jì)算機(jī)性能的限制。因此,研宄者們將并行計(jì)算引入到了分子模擬計(jì)算中 ,克服了單機(jī)運(yùn)算的弱點(diǎn),大大提高了運(yùn)算速度。例如將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝 4精品資料并行計(jì)算平臺(tái)結(jié)合形成的一種微機(jī)并行機(jī)群。它可以用普通的PC 機(jī)構(gòu)建并行平臺(tái) ,兼容性和可擴(kuò)充性都非常的好,在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。微機(jī)并行機(jī)群的使用 ,使得在成本較低的情況下,計(jì)算速度得到提高。但是,并行計(jì)算需要另外編寫(xiě)設(shè)計(jì)程序 ,其難度比編寫(xiě)串行程序大很多,因此在編寫(xiě)并行程序上仍有很長(zhǎng)的路要走。近些年來(lái) ,越來(lái)越多的人發(fā)現(xiàn)光用單一的模擬方法在處理多尺度問(wèn)題有很大的局限性。因此 ,要想透徹的研宄某個(gè)對(duì)象,就得從量化、分子動(dòng)力學(xué)和介觀模擬多個(gè)尺度上進(jìn)行研究 ,特別是將這些方法結(jié)合起來(lái)使用。例如CPMD47 模擬方法就是將量化計(jì)算與分子動(dòng)力學(xué)模擬方法相結(jié)合一種典型的