不同温度下水的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法对不同温度下水的氢键结构及扩散性质进行了研究。模拟发现随温度的升高,水分子平均氢键配位数减小,氢键键角分布变宽,键角分布峰值减小,即水分子间氢键作用不断减弱。扩散系数随温度的增加而上升,液体水的扩散系数与温度之间的关系符合Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ行为。     

电压敏器件动力学行为的数值模拟

电压敏器件作为保护器件多应用于有电感性元件存在的电路中.电压敏器件良好的非线性伏安特性将保护其电路元件不因感应过电压或浪涌电压而损坏.考虑到电路中总存在有一定的分布电容,因此可将有压敏电阻存在的保护电路等效成图1所示的电路.为     

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。     

分子动力学模拟的柔性对接

分子自动对接技术在过去二十年里取得很大发展和成功,但是仍然面对如何处理分子柔性这样一个难题。这篇综述概要介绍分子柔性对接技术的进展并重点介绍分子动力学模拟技术。     

硅的平衡态分子动力学模拟

平衡态分子动力学模拟是研究既定系统向所期望的平衡态演化的一种方法,不仅可预测平衡态的各种性质,还为动力学加载过程提供合理的初始条件.本文主要研究Free、NVT、NVE平衡态分子动力学模拟中系统宏观量的演化过程;并讨论如何根据不同的初始条件,选择恰当的平衡态模拟方法.     

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．     

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。     

二氧化硅表面稠密的二氧化碳分子动力学模拟

采用分子动力学的方法研究二氧化硅表面二氧化碳的结构和扩散性质。二氧化碳在二氧化硅固体表面形成高密度层;而在远离固体表面处,流体的密度分布类似于宏观二氧化碳,取向分布比较随机。受固体表面的影响,二氧化碳的C-C径向分布函数第一峰的高度比宏观二氧化碳高。二氧化碳的密度分布和自由能分布有一明显的镜面对称的结构,高密度区域对应自由能的深阱。二氧化硅中的二氧化碳的自扩散行为是各向异性的,z方向的扩散由于固体面的作用明显受阻。由取向相关函数积分得到的二氧化硅表面流体的取向相关时间比宏观流体大的多,二氧化碳分子在固体表面再定位比较缓慢。     

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。     

从常温到超临界条件下水的分子动力学模拟

采用MD模拟方法研究了从常温到超临界条件下不同状态水的微观结构、氢键结构及氢键松弛的动态性质。模拟结果表明,随着温度的升高,成键分子中O…O间的平均距离基本保持不变,O…H间距离增加,水分子的氢键作用逐渐减弱,形成氢键的两水分子O…O一H取向角的分布呈线型分布的概率降低;同一温度下密度的变化对O-O、O-H径向分布函数和氢键的键角分布的影响不大。由于温度升高使氢原子热运动增强,水的四面体结构缺陷增加,氢键的平均寿命显著缩短,温度是影响氢键平均寿命的主要因素。     

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。     

非平衡分子动力学在炭膜气体分离CH4/CO2中的模拟研究

通过建立单孔狭缝模型,采用非平衡分子动力学方法研究CH_4/CO_2二元气体混合物通过管状炭膜的传递和分离特性,考察了系统温度、气体组成和膜孔径对通量的影响。模拟过程中将膜低势,区压力取为更符合实际情况的非零值(大于零)。研究结果表明,在温度为20℃～160℃范围内,随温度升高,CH_4的通量增加,CO_2的通量则先降低后升高(80℃出现最低值);随混合气中CH_4组成的增加,CO_2通量下降、CH_4通量升高;随膜孔径增大,CH_4通量先增后减(9.77 (?)时出现最大值)、CO_2通量则呈下降趋势。以上模拟结果与实验数据相比较,吻合良好。在此基础上,本文还考察了跨膜压差对过程的影响,发现CH_4和CO_2的通量均随跨膜压差的增大而增大,膜的分离性能则随之降低。本研究结果充分表明,所建模型能够正确地描述CH_4/CO_2气体混合物的炭膜分离过程。     

A parallel molecular dynamics simulation scheme for a molecular system with bond constraints in NPT ensemble

Equations of motion based on an atomic group scaling scheme are described for a molecular system with bond constraints. The NPT ensemble extended system method is employed along with a numerical integration scheme using an operator technique. For parallelization of the integration scheme, a domain decomposition scheme is employed based on a group of atoms which share common constraints. This decomposition scheme fits well into the integration scheme and involves no extra inter-processor communication during the SHAKE/RATTLE procedures. An example is given for a solvated protein system containing a total of 23 558 atoms on 64 processors.     

A parallel algorithm for molecular dynamics simulation of branched molecules

To get an insight into the effects of molecular architecture in the behaviour of thin lubricant films we have devised an algorithm for simulation of branched molecules. We have used this algorithm successfully to simulate branched isomers of C₃₀. However the algorithm is flexible enough to be used for the simulation of more complex branched molecules. The resulting algorithm can be used in molecular dynamics simulation of branched molecules and could be helpful in designing new materials at the molecular level.     

双酚A型聚碳酸酯形变行为的MD模拟

采用分子动力学方法(MD),计算了双酚A型聚碳酸酯的应力应/变关系、能量/应变关系.研究中采用了COMPASS力场和NPT系综.应力-应变曲线的研究结果显示,应变εXX≤0.05为"弹性区域",在这一区域,应力-应变有很好的线性关系.在εXX=0.14处出现"屈服点",经过"屈服点",在0.15<εXX<1.0的区域出现应力脉动,应变εXX>1.0后发生了应变硬化.能量-应力关系的研究结果显示,在应力-应变呈线性关系的"弹性区域",体系的总势能及各势能分量随应变增大发生不规则的波动,在"屈服点"附近,Etot与Ebs的变化均产生突跃性的局部高点,而EVW在"屈服点"附近的变化刚好与前两者相反;当体系在经历"屈服区域"时,随着应变的增加,各能量项并不发生明显的变化;当体系处于"应变硬化"阶段时,Etot、Ebs和Ebe会随着应变的增大而继续增大.在整个拉伸过程中,Eto均没有发生明显的变化.对拉伸过程的分子链快照进行分析发现,材料在εXX≤0.16时发生均匀的形变,并维持初始的链结构,同时伴随了一些空穴的生成,在εXX>0.6时,可以清楚地看到密度变得不均匀.在εXX>1.0的应变硬化的初始阶段,新的网络结构生成了,长的直链与缠绕链形成的团簇相连.     

丁二酰亚胺类分散剂在伪烟炱表面吸附行为的分子动力学模拟

丁二酰亚胺类分散剂是一种典型的用于各种润滑油中的无灰分散剂。由于烟炱颗粒结构的复杂性,从实验研究的角度对分散剂的作用机理尚未给出满意的解释。本文应用分子动力学模拟方法,研究了丁二酰亚胺类分散剂模型分子在伪烟炱表面的吸附行为。模拟结果可以为分散剂的分子设计提供参考。     

黄粉虫α-淀粉酶与抑制剂相互作用的分子动力学模拟

α-淀粉酶与抑制剂相互作用一直受到人们关注。本文利用hyperchem 7.5软件,在opls力场下,选择分子动力学方法,模拟了不同温度条件下,黄粉虫的α-淀粉酶与抑制剂相互作用。通过对势能数据分析,结果显示在280 K左右黄粉虫的α-淀粉酶与抑制剂相互作用最强。这与实验得出的最适温度较为吻合。