分子模拟教程.ppt

《分子模拟教程.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、计算机分子模拟(MolecularSimulation)计算机分子模拟的部分应用领域：生物、制药：大分子性质、药物设计力学、物理学：应力与裂纹扩展、团簇研究化学、化工:溶液理论、吸附、界面化学微电子、微机械：半导体工艺、微加工、超薄膜润滑：地质、矿产：地核动力学、熔融盐结构及其性质掌握分子模拟方法的必备知识：编程技能(FortranorC/C++)统计物理学（统计力学）：统计物理学基础；系综原理；非平衡统计力学基础；涨落理论分子热力学：分子间相互作用理论；分布函数理论气体分子运动论其它主

2、要的学习参考书籍：1.ComputerSimulationofLiquids.---M.P.AllenandD.J.Tildesley,OxfordUniversity(1987)2.TheArtofMolecularDynamicsSimulation.---D.C.Rapaport,CambridgeUniversity(1995)3.UnderstandingMolecularSimulation:FromAlgorithmstoApplications.----D.FrenkelandB

3、.Smit,Academic(1996)2.什么是计算机分子模拟方法？分子模拟的定义：从统计力学基本原理出发，将一定数量的分子输入计算机内进行分子微观结构的测定和宏观性质的计算。按照获得微观态的方法不同，分子模拟分为：蒙特卡罗方法(MonteCarlo,MC)分子动力学方法(MolecularDynamics,MD)(3)混合方法(hybridmethod，HM)计算机分子模拟的发展历史：1.蒙特卡罗方法（MC）1953Metropolis,Ulam,RosenbluthandTellLosAl

4、amosNationalLabMonteCarlosimulationofhardsphere.2.分子动力学方法（MD）1957AlderandWainwrigthLivermoreLabMoleculardynamicssimulationofhardspheres.计算机分子模拟的发展历史（续）从上个世纪九十年代初期以来，计算机模拟技术得到了飞速发展，主要基于三个方面的发展：分子力场的发展（基石）（Amber，OPLS、Compass）原子间的键长、键角、分子间的内聚能等模拟算法（途径）

5、计算机硬件（工具）HPCx计算机分子模拟的特点：1.原子水平的模拟2.计算机实验3.检验理论、筛选实验4.科学研究中的第三种方法2.MC方法简介利用马尔可夫链方法产生感兴趣的系综微观态。对这些微观态进行系综平均来获得热力学性质。只对系统中粒子的位置抽样，不包含动能部分，提供的是系统的超额性质。分类：正则系综(CanonicalMC)(NVT)巨正则系综(GrandCanonicalMC，GCMC)(VT)Gibbs系综(GibbsEnsembleMC，GEMC)2.1正则系综MC(Canoni

6、calMCSimulationparticlesNVolumeVTemperatureTInitialstater{N}正则系综的配分函数对于原子系统，位型（构型）的配分函数：某个特定构型的发生概率为PNVT(r)典型算法(Metropolis)随机选择一个原子，并且计算其当前构型m的能量U(rm).尝试随机移动此原子，rn=rm+(ranf-0.5),并且计算此新构型n时的能量U(rn).接受此移动的概率为Pmove其中，Umn=U(rn)-U(rm)2.2巨正则MCsimulatio

7、n(GCMC)恒定V,T,和m，体系的粒子数发生波动；可用于预测EOS-type的性质，但主要是用来模拟吸附过程.巨正则系综配分函数对于原子系统，位型（构型）的配分函数：其中，s为标度坐标，r=V1/3。概率密度为：MetropolisGCMCalgorithm产生巨正则系综的马尔可夫链的过程涉及到典型的、三种不同的随机移动：Attempttomoveaparticle(justlikecanonicalMC)AttempttocreateaparticleAttempttodeleteapa

8、rticle各种随机移动的概率：2.3GibbsEnsembleMC(GEMC)特点:尤其适用于研究纯流体或混合物的相平衡问题；此方法不能用于涉及到非常稠密流体的相平衡问题；此方法能同时获得共存相的各自密度及其组成；此方法避免了共存相界面的问题。GEMC的配分函数对于原子系统，位型（构型）的配分函数N=N1+N2V=V1+V2constantTV-V1V1GEMC模拟算法：随机选择一个粒子进行移动(NVT).改变每个模拟盒子的体积，但总体积保持不变(NTP).盒子间交换粒子(VT)。各种随机移