多核并行技术在分子动力学模拟中的应用

为了充分利用多核处理器资源,研究了一种用于分子动力学模拟中的多核并行技术。在多核处理器上利用OpenMP技术实现多线程创建与同步、动态设置子线程的调度运行方式以及负载均衡以减少子线程执行等待时间。通过对不同分子体系结构下的动力学模型测试,得出在不同子线程下并行计算的时间,并且得到了良好的性能加速比。实验结果表明,采用OpenMP并行技术可有效地提高电荷求解过程在分子动力学模拟运算中的时间效率,以及多核计算机资源的利用率。     

二氢叶酸还原酶在盐溶液中的分子动力学模拟

为了研究嗜盐酶如何在高盐环境下维持稳定性与活性,本文以沃尔卡尼极嗜盐菌及大肠杆菌的二氢叶酸还原酶(DHFR)为模型,将二者分别置于5种不同盐浓度的水溶液中进行分子动力学模拟。经9ns动力学模拟,得到了二者在不同浓度盐溶液中的运动轨迹,通过对运动轨迹的分析,获取了二者在不同盐浓度下的动力学特性。结果发现嗜盐古生菌的二氢叶酸还原酶自身所形成盐桥及与溶剂所形成的氢键均比大肠杆菌的二氢叶酸还原酶多,而溶剂可及性表面则要小,二者差异均达极显著水平。同时还分析了这两种分子及其氨基酸残基的柔性等。     

一种分布式网格计算框架以及在大规模分子动力学模拟中的应用

分子动力学（molecular dynamics）模拟蛋白质等大分子内原子间的相互作用,蛋白质折叠所需的时间通常在微秒（10^-6s）量级，而进行模拟的时间步长在飞秒（10^-15s）量级，并且每步需要计算大量的相互作用（O（n^2），n为原子数），以致于无法模拟足够长时间的折叠过程．现今在满足精确度的需求下没有更好的模拟算法．最近，生物学家研究了一种分布式的动力学方法，使得可以利用分布在Internet上的计算机进行并行模批成为可能,本文的目标是设计并实现在分布式P2P和网格计算环境等多种异构计算资源下进行动力学模拟的可靠框架，以便更大限度地利用计算资源，加快计算过程．我们基于Java和web service技术，已经实现了对应用透明的计算框架，并已将它扩展到我们的网格计算环境,实验表明分子动力学模拟程序在该框架下运行良好．     

流程模拟软件在提取冶金中的应用进展

近些年,流程模拟技术在提取冶金工业领域的应用越来越广泛,而流程模拟软件则为模拟技术的应用提供有力的工具.本文对目前成功应用于提取冶金过程模拟的商业化软件进行了分析与讨论,包括热化学数据软件、选矿模拟软件及冶金过程流程模拟软件,阐述了这些软件在提取冶金过程中的应用进展,最后指出了我国在开发冶金模拟软件方面所面临的问题.     

计算流体力学在化学反应器模拟中的应用进展

计算流体力学(CFD)能够准确地描述流体流动、混合、传热规律,近年来逐渐开始耦合到化学反应中应用于化学工程领域,并表现出巨大潜力。本文综述了CFD在不同化学反应器中针对不同反应体系模拟的基本原理以及应用。相比于传统的面向理想反应器的反应动力学模拟和单纯面向流动传递的CFD模拟方法而言,采用CFD耦合化学反应动力学的方法同时考虑了传递过程和反应过程,能够对非理想化学反应器的操作特性(转化率、选择性、分子量及其分布等)进行模拟、分析与预测,在化工过程强化和化工产品控制方面优势明显。开发新的耦合数学模型和数值算法、考虑亚格子尺度的微观过程和采用直接数值模拟等方法,将是利用CFD深入研究非理想反应器特性的重要方向。     

分子动力学模拟中负载平衡方法的应用

文章针对三维分子动力学并行数值模拟中出现的负载不平衡现象,在静态负载平衡基础上,提出了一种简单有效的动态负载平衡算法。通过对三维分子动力学的并行数值模拟试验,此算法可以使得负载基本达到动态平衡,并进一步提高了并行效率。     

GPU加速分子动力学模拟中的电荷分布计算

在集群与GPU组成的异构并行计算平台上,使用MPI+CUDA混合编程模型,实现基于ABEEMσπ模型的分子动力学模拟中电荷分布的计算.通过对电荷分布分布求解中的计算部分移植到GPU上进行,并针对算法中通信开销大和资源未充分利用的问题,通过异构平台的异步并发方法进行优化,提高了求解效率.性能测试结果表明,相比于单纯MPI并行算法,优化后GPU加速的异构并行算法,在化学大分子模型电荷分布计算上,有着明显的性能优势.     

分子动力学模拟HEWL晶体在不同环境中的动力学行为

简要阐述分子动力学模拟的原理及步骤,介绍研究溶菌酶的一般方法和优缺点。在Ubuntu操作系统环境下,利用Gromacs软件和其自带的Gromos96力场,通过分子动力学模拟(MD)鸡蛋清溶菌酶晶体(chicken egg-whitelysozyme,HEWL)溶液,考察真空、水溶液和加入NaCl 3种不同环境条件对溶菌酶晶体构象动力学行为的影响,发现无论从均方根位移(rmsd)、回旋半径、还是从B因子值的轨迹图分析,HEWL在水溶液特别是加入抗衡离子(Na~+,Cl~-)的水溶液的环境下的结构更稳定、合理,与(protein data bank)数据库的真实情况相符。原因是Cl~-与溶菌酶晶体在界面处发生了吸附现象,局部形成溶菌酶-Cl~-复合物,抑制了蛋白-水合物中水分子在相邻水合位置间的跳跃,从而使单晶体在离子液态中更加稳定。模拟结果表明,在pH值6.5,等电位点13.1,总电荷7.999 6的体系下,影响HEWL的吸附位点为123号残基(色氨酸),对从分子水平上解释HEWL晶体的动力学吸附行为具有重要指导意义。     

分子动力学模拟的优化与并行研究

分析讨论了分子动力学模拟的算法特征和计算特点,对串行程序作了优化,并使之适合于作并行化。对模拟体系使用区域分解的方法,在计算节点间保留了部分重叠区域,采用基于消息传递的MPI设计平台,在可扩展机群上实现了并行化,获得了90%以上的并行效率。     

非平衡分子动力学模拟在炭膜气体分离中的研究进展

叙述了近年来非平衡分子动力学在炭膜气体分离中的研究进展,包括分子模拟方法的选取及非平衡分子动力学模拟的几个主要步骤;综述了气体混合物通过炭膜时传递和分离性能的影响因素(如孔结构及孔径大小、操作压力、温度、组分组成等);并对炭膜研究现状作了简要的概述,提出目前分子模拟在炭膜研究中所存在的问题,一方面是模型建立问题．另一方面是研究膜传递和分离机理性能所考察的影响因素还不够完善,加强对膜传递分离机理的研究,对膜的设计、制备及应用都有重要的指导意义。     

分子动力学模拟聚乙烯在碳纳米管表面的扩散

通过采用分子动力学方法模拟不同链长的聚乙烯分子在单壁碳纳米管表面的扩散,探究了聚乙烯的动力学性质。研究表明随着链长的增加聚乙烯在碳纳米管表面的扩散系数减小,且二者间存在明显的标度关系。聚乙烯在碳纳米管表面扩散的扩散系数和聚乙烯吸附在碳纳米管表面的构象有关,有序结构的聚乙烯比无序结构的聚乙烯在碳纳米管表面扩散的快。此外,由于受到碳纳米管吸附作用的影响,聚乙烯分子在平行于管轴和垂直于管轴2个方向上的扩散系数不同,扩散表现各向异性。     

PLC在轧机润滑系统中的应用

本文介绍了ABB MasterPiece200／1 PLC控制系统在扎机润滑系统中的应用，着重描述了系统配置及控制功能。     

PLC在球磨机润滑控制中的应用

介绍了欧姆龙C40P可编程序控制器(PLC)在大型油站控制系统中的应用,讨论了控制系统的功能、特点、硬件构成和软件设计。     

基于分子动力学模拟预测环氧树脂形状记忆性能研究

形状记忆环氧树脂是制备可展开空间结构的重要材料之一,通过分子动力学模拟预测环氧树脂的形状记忆性能是设计与制备形状记忆环氧树脂的有效指导手段。在pcff力场下,通过分子动力学模拟方法,构建了交联度分别为36%、48%、59%、72%和84%的三乙烯四胺固化的双酚A环氧树脂聚合物模型,并模拟计算了其玻璃化转变温度、力学性能及形状记忆性能。结果表明,不同交联度的环氧树脂聚合物模型均表现出较好的形状固定率,为80%~86%;分析聚合物模型的x、y、z三轴回复性可知,36%交联度的环氧树脂不具有形状记忆性能,48%交联度的环氧树脂形状记忆性能较差,而59%、72%、84%交联度的环氧树脂的形状回复率均能达到80%以上,具有良好的形状记忆性能,且交联度越高形状回复速度越慢。     

分子模拟在碳纳米管研究中的应用

碳纳米管作为一种新型材料,是目前科研的热点,分子模拟在其中已经得到了广泛应用,并对碳纳米管的应用具有较好的指导意义。本文介绍了近几年国内外应用分子模拟技术辅助碳纳米管研究的部分工作,主要包括碳纳米管力学性能和电学性能的模拟、碳纳米管储气能力和反应性能的研究,以及在聚合物／碳纳米管复合材料中的应用等。     

分子模拟在木素研究中的应用

分子模拟作为近年发展起来的一门综合性的计算化学技术,越来越受到油田化学、催化剂研制、高分子设计及化学工程等领域的广泛重视。它与实验技术一起成为研究木素分子结构、性质及生物合成机理的有效工具。文章介绍包含分子力学法、分子动力学法和量子力学法在内3种常用的分子模拟方法并综述其在木素研究中的应用,同时指出分子模拟的不足及其发展方向。     

分子动力学模拟聚赖氨酸在晶格界面上的吸附

分子模拟为从微观角度理解生物大分子提供了有利的工具。本文采用分子动力学方法研究在Pt(100)、Pt(110)及Pt (111)三种晶格界面上聚十赖氨酸分子的吸附,以从分子水平上研究蛋白质吸附的动态过程和机理。界面的作用使部分聚十赖氨酸分子出现了较明显的二面角变化,说明吸附过程中界面的特性对聚赖氨酸的分子结构有影响;在Pt(100)与Pt(111)界面上,聚十赖氨酸分子构象变化较大,Pt(110)变化较小。聚十赖氨酸分子在吸附中,能量变化与分子构象变化的结果一致,构象变化较大的Pt(100)和Pt(111)界面上聚十赖氨酸分子能量的平均值高于Pt(110)。聚十赖氨酸分子在Pt(100)与Pt(111)界面上先远离界面运动,然后在某位置稳定波动;在Pt(110)界面上先靠近界面运动一段时间后又远离界面。     

醋酸在饱和气相中缔合的分子动力学模拟

本研究采用分子动力学的方法对醋酸在饱和气相中的缔合进行模拟,模拟的温度范围为303.15 K～443.15 K。通过对饱和醋酸气相的径向分布函数进行结构分析可以知道,低温下醋酸在气相中的缔合较为明显;随着温度的升高,氢键遭到破坏,醋酸的缔合逐渐减弱。在气相中醋酸多以二聚体的形式存在,通过对模拟结果的分析,得到不同状态点下醋酸在饱和气相中不同二聚体构型的比例及其分布。结果发现在模拟的温度区间范围内,醋酸二聚体主要以4种构型存在于气相,其中以羰基氧和羟基氢所形成的2个氢键的环状醋酸二聚体在气相中的比例最大,约40%～60%。     

多点模拟及其在遥感影像信息提取中的应用及进展

多点模拟是多点地质统计学的应用,其通过模板扫描训练图像获取未知点的局部条件概率,在地物几何结构模拟上有传统地质统计学不可比拟的优越性。把多点模拟应用到遥感影像信息提取中,将结构信息和光谱信息融合到一起以提高分类精度是遥感影像分类的新思路。概述基于这种思路的CCSSM分类方法、研究进展,并对其作进一步讨论,尤其对应用CCSSM做多类别分类从理论上作可行的拓展分析。