分子动力学

摘要： 基于分子动力学和元动力学(Metadynamics)的研究方法,探索了钠基蒙脱石和钙基蒙脱石在低含水率状态下的基质吸力,建立了含水率在5%~30%的土水特征曲线,通过曲线对比发现钠基蒙脱石与钙基蒙脱石的基质吸力均随含水率的升高而指数下降,并且在含水率小于20%时,钠基蒙脱石的基质吸力略小于钙基蒙脱石,含水率大于20%后钠基蒙脱石基质吸力略大于钙基蒙脱石。得到钠基蒙脱石在5%含水率时的基质吸力约为4.2 GPa,钙基蒙脱石在5%含水率时的基质吸力约为4.4 GPa。该研究结果为众多吸力测量的实验值和理论模型提出的预测值提供了参考。

摘要： 超级电容器作为一种清洁和可持续的能源储存设备,因其功率密度高、循环使用寿命长及应用温度范围宽等特点被广泛应用于军事装备、航空航天、交通运输等领域。本文介绍了超级电容器和离子液体的特性,综述了离子液体作为超级电容器电解质材料的应用,同时特别介绍了近年来在实验以及分子动力学模拟方面的一些重要研究成果,并分析了离子液体基超级电容器的优势以及不足。

摘要： 研究了脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO_(9))、十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基三甲基溴化胺(DTAB)3种表面活性剂溶液对晋城无烟煤呼吸性粉尘的抑尘效果。在临界胶束质量分数(CMC)下,利用悬滴法和座滴法分别测定了表面活性剂溶液的动态表面张力和在无烟煤表面的动态接触角;利用分子动力学模拟研究了表面活性剂与无烟煤的吸附强度、胶束的稳定性以及单分子在水中的扩散系数。实验结果表明:AEO_(9)溶液对煤尘的降尘效果最好,SDS次之,DTAB最差;在临界胶束质量分数(CMC)以上,悬滴平衡态表面张力值依次是AEO_(9)(865.3 ms)

摘要： 采用分子动力学方法预测聚醚醚酮(PEEK)的拉伸力学性能,对PEEK分子模型进行各向异性控压的非平衡态拉伸模拟,获得PEEK材料的应力-应变曲线,计算弹性模量、屈服强度等力学性能。分析不同应变率和温度下PEEK的力学性能、自由体积、均方回转半径和体系能量随拉伸应变的变化规律,进而解释PEEK分子链特征与材料宏观性能的关系。结果表明:随着应变率的增加,PEEK的弹性模量和屈服强度大幅提高;随着温度的增加,PEEK的弹性模量和屈服强度大幅降低;在拉伸弹性和屈服阶段体系的自由体积增加较快,分子链的均方回转半径基本不变,体系总势能以非键能为主。非键相互作用是影响PEEK弹性模量和屈服强度的一个主导因素,由此提出氨基修饰PEEK侧链的改性策略,结果表明,氨基官能化PEEK的弹性模量和屈服强度较PEEK分别提升21%和34%。

摘要： 应用分子动力学的方法研究了纳米合金Ni_(3) Al加入∑3和∑5晶界后在单轴加载下的力学性能。研究结果表明:Ni_(3)Al合金中加入∑3和∑5晶界后使Ni_(3) Al合金的应力应变曲线发生了改变,导致合金的屈服应力和屈服应变降低,但是弹性模量的数据显示∑3晶界对Ni_(3)Al合金的机械强度具有强化作用,∑5晶界对Ni_(3)Al合金机械强度产生弱化现象。通过对微观机理分析得到Ni_(3) Al-∑3和Ni_(3) Al-∑5的主要的塑性变形都是滑移带,∑3和∑5中的产生滑移带比Ni_(3) Al优先形成,其中∑3中的产生的大量交叉滑移带比∑5中的长滑移带更能有效地抵制外载引起的结构损伤,起到了强化作用。

摘要： 为研究高密度聚乙烯/有机改性蒙脱石(PE-HD/OMMT)复合材料中改性剂及PE-HD对蒙脱石(MMT)插层和剥离的影响,采用分子动力学方法模拟了OMMT中不同负载量的十八烷基三甲基氯化铵阳离子(OTAC^(+))在MMT中的排列方式以及对MMT插层的影响。此外,搭建了PE-HD/OMMT复合材料模型,编写MS Perl脚本提取了OTAC^(+)与MMT和PE-HD之间的相互作用能来研究双螺杆挤出机机筒温度在463 K下对MMT剥离的影响。模拟结果表明,随着OTAC^(+)负载量的提高,其在MMT片层中依次呈现为单层分布、双层分布和假三层分布;同时,OTAC^(+)负载量的增加致使MMT的层间距有所增加,但MMT并未发生剥离;模拟时间在90~95 ps内时,PE-HD/OMMT复合材料模型中顶层和底层MMT间的相互作用能由-24.53 kcal/mol转变为3.54 kcal/mol,说明MMT发生了剥离,此时MMT的层间距为91Å。

摘要： 为探究不同压力下多酚与蛋白的结合规律,以表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate, EGCG)和β-乳球蛋白为研究对象,采用分子对接和分子模拟研究两者结合能和结合机制在0.1、200、500、800 MPa时的变化。结果表明,EGCG常压下主要结合在疏水腔(1号区域),蛋白经200和500 MPa处理后,EGCG主要结合在蛋白表面的2号区域,而800 MPa处理后至少有5个结合区域。以1号结合位点为对象进行150 ns的分子动力学模拟过程,发现200 MPa的压力处理能使蛋白结构更稳定,而500和800 MPa压力下蛋白稳定性略为降低。500 MPa及以上的压力能使蛋白的疏水表面积、α-螺旋和β-折叠减少。EGCG与β-乳球蛋白的结合自由能随压力的增加而降低,其中主要是由范德华力、氢键作用减弱所致。另外,高压下蛋白结构的变化,特别是结合位点处的变化也显著影响了EGCG与蛋白的结合。

摘要： 通过双温模型耦合分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光诱导镍生成纳米金属液滴动态过程,分析了激光辐照后的镍内部电子温度、晶格温度、压力分布及金属的相变过程。研究表明:在激光作用后的几十皮秒内,电子温度和晶格温度达到平衡,且晶格温度一般会超过熔点和沸点,使材料内部产生气泡。激光同时诱导材料内压力周期性变化,促进产生的气泡扩展融合,气泡壁不断变薄,气泡在普拉托-瑞利不稳定性影响下破裂,然后在表面张力作用下收缩成液滴,该结论为激光诱导金属液滴喷射打印提供了理论依据。

摘要： 采用电镀CBN砂轮,以镍基合金GH4169为工件材料,实验研究了两种离子液体的微量润滑磨削加工性能,分别是1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF_(4))和1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([HMIM]BF_(4)),并采用分子动力学模拟,揭示了离子液体在磨粒/工件界面物理吸附膜的形成机制,进一步开展了工件已加工表面的X射线光电子能谱(XPS)分析,揭示了离子液体在磨粒/工件界面化学反应膜的形成机制。研究结果表明:上述两种离子液体适合作为磨削液应用于微量润滑磨削加工中,既能较干磨大幅降低磨削比能和磨削力比,提高工件已加工表面质量,又能较干磨大幅降低磨削温度达100°C以上,避免磨削烧伤;磨粒磨钝表面由于微破碎所形成的凹槽状断口是离子液体进入磨粒/工件界面的输运通道,离子液体分子通过吸附在凹槽状断口内形成边界润滑膜,通过减小磨粒工件之间的直接接触面积来减小摩擦力;在微量润滑磨削加工过程中,以上两种离子液体均与工件在磨削界面上发生化学反应,形成了氟化物与氧化物共存的化学反应膜。

摘要： 采用分子动力学模拟的方法,研究了乙腈在超级电容器石墨烯极板表面的结构和动力学性质。通过密度分布、取向分布和扩散系数的计算,分析了团簇修饰以及极板电荷对乙腈结构和动力学性质的影响。模拟显示:团簇的修饰会产生强烈的空间位阻效应,使界面上乙腈的吸附和扩散都减弱,而带电极板则会对乙腈的取向产生明显改变,进而影响乙腈的输运性质。研究结果揭示了乙腈与石墨烯极板相互作用的微观机理,有助于理解服役工况下超级电容器极板附近溶剂的分布。

摘要： 阿尔茨海默病(AD)是多发于老年人的神经退行性疾病.淀粉样β蛋白质(Aβ)的错误折叠和聚集与AD的发生与发展密切相关.以Aβ的错误折叠和聚集为靶标进行AD防治药物研究已成为近年来AD研究领域的热点之一.从初始的α-螺旋结构或无规卷曲构象转换形成富含β-折叠结构是Aβ聚集的关键步骤.本文中,笔者综述利用分子动力学(MD)模拟研究Aβ构象转换的分子机制,介绍MD模拟在小分子和多肽抑制剂抑制Aβ构象转换中的应用.

摘要： 目前正庚烷与正丁醇混合燃料,尤其是该混合燃料在亚/超临界的蒸发特性受到了越来越多的关注和研究,本文采用分子动力学(molecular dynamics,MD)方法构建氮气/混合燃料(正庚烷与正丁醇)的气液二元体系,在亚临界和超临界环境下研究其蒸发行为.结果表明:环境压力对表面张力的影响比环境温度更为明显;在亚临界蒸发的大部分时间内,混合燃料中正丁醇的蒸发速率比正庚烷大,之后相反;在超临界状态下,混合燃料以具有密度梯度的单一相进行扩散,且两种燃料在空间和时间上的分布基本保持稳定.

摘要： 汽车高速行驶时所产生的气动噪声与车辆乘坐舒适性息息相关,汽车生产商和消费者对气动噪声的要求也越来越高.本文利用基于分子动力学算法的气动噪声计算软件Aries对高速行驶的某型号汽车进行了外流场瞬态分析并对车外气动噪声进行了计算.得到了汽车外流场气动噪声源的主要部位,并针对这些部位对车外监测点的噪声影响做了定量分析,得到了各个监测点上的声压频谱图.

摘要： 随着计算机和计算技术的发展,CFD数值模拟方法已经被越来越多地应用到汽车设计中.文章针对传统CFD方法在复杂模型仿真计算的不足,提出了以分子动力学方法应用于汽车空气动力学研究,从基本原理和特性上介绍了基于Boltzmann方程的分子动力学方法,和相关CFD软件Aries以及其数值虚拟风洞技术,以某型汽车为算例进行了计算仿真,分析了车辆行驶流场的主要特征,对车身小部件做了局部流动分析,得出了行驶气动特性的相关结论.

摘要： 对于聚羧酸外加剂溶液构象和界面构象的研究,计算机模拟成为继实验研究之后一个非常有用的方法而逐渐被人们重视.从计算机模拟中往往能够得到实验研究中难以获得的有用信息.本研究团队使用全原子模型做了大量关于聚羧酸溶液构象的分子动力学模拟工作,比如溶液离子、溶液pH值、聚合物浓度和疏水官能团等因素对聚羧酸溶液构象的影响.这些模拟研究与实验研究相结合,一方面有利于理解作用机理,另一方面为新型高效减水剂的分子设计提供理论依据.本文着重讨论了从全原子模拟中能够获取的微观构象信息以及这些微观信息与实验现象之间的联系,并进一步讨论了全原子模拟方法的局限性.

摘要： 基于开源分子动力学程序LAMMPS,对球形铝弹丸超高速碰撞半无限厚铝靶板进行模拟,获得了正碰撞和斜碰撞的物理过程以及等离子体特征参数随碰撞条件的变化规律.碰撞初期,靶板表面受到强冲击压缩发生电离,等离子体电离度和电荷量迅速增大,经过短暂的平衡状态后,电离度和电荷量迅速衰减,最终趋于稳定.等离子体电离度和电荷量沿45°碰撞方向最大,正碰撞时最小,电离度和电荷量随碰撞角度的变化规律可以拟合为A=A0+a/[b2+(θ-45)2](式中,θ为碰撞角度,A0、a、b为拟合常数);等离子体电离度和电荷量随碰撞速度的变化规律可以拟合为B=B0[1-exp(-(vp-a)/b)](式中,vp为碰撞速度,B0、a、b为拟合常数).

摘要： MoS2作为固体润滑材料具有改善润滑摩擦和增强摩擦副间承载力的双重优势,特别适用于内燃机中变速、重载、高温摩擦副间的润滑.本文采用分子动力学方法研究了多层MoS2在不同剪切形态、不同载荷、不同速度下的摩擦性能.研究表明:剪切形态直接决定了摩擦状态,润滑膜内剪切面越少,摩擦系数也越小,当处于单层剪切时,摩擦系数最低可降至0.01;摩擦系数随着载荷的增加或剪切速度的增加而降低,表明MoS2更适用于高速重载工况下的润滑.针对MoS2固体润滑膜,应尽可能减少剪切面的数量,并将摩擦副在相对较高的载荷下进行磨合,使之在其他载荷下也能表现出优异的摩擦特性.

摘要： 采用分子动力学方法模拟了500～700K温度下α-Fe中由1～50keV的初级离位原子(PKA)引发的级联碰撞,研究了缺陷演化过程,并分析了不同阶段的PKA能量(EPKA)与缺陷存活数量(JVFP)、成团率的关系以及温度对级联碰撞过程的影响,讨论了级联碰撞后产生的缺陷的取向结构,并得到以下结论:级联碰撞后产生的缺陷的原子取向与尺寸相关,可指导构建团簇、位错环等多种缺陷结构;EPKA较高时,大尺寸团簇的保留会明显提高缺陷存活数量,从而导致不同PKA能量阶段的JVFP-EPKA拟合曲线指数有较大差别,温度的升高会使拟合曲线指数的变化量减小.

摘要： 本文利用分子动力模拟用来研究不同侧链长度的聚羧酸减水剂分子在水溶液中的构象变化,藉由计算器模拟来得到实验研究中难以获得的信息.结果显示随着聚羧酸减水剂的侧链越长,分子在溶液中的均方回转半径越大,水分子与聚羧酸减水剂的氢键减少,聚羧酸减水剂间的空间位阻增加.此外计算水分子的扩散系数可以得知水分子随着聚羧酸减水剂的侧链越长,移动能力下降.比较计算与实验结果说明,聚羧酸减水剂的侧链长度所造成的空间位阻影响,造成了水泥净浆的流动度提升而水分子在系统中的移动能力降低,使得混凝土拌合物的黏度增大.将模拟研究与实验相结合,不仅有利于理解机理作用,也能为新型高效减水剂的分子设计提供理论依据.

摘要： 聚(n-烷基甲基丙烯酸酯)(PnMAs)表现出复杂的多重松弛过程,包括主转变α,次级转变β和在较低温度(约-110°C)的弱"polyethylene-like”转变,这些松弛峰位置随侧链烷基长度发生系统变化.首先,文献报道当侧链中C＞12时,玻璃化转变温度Tg随亚甲基数量n增加.然而,侧链烷基的结晶会妨碍非晶区松弛行为的准确测量.排除侧链结晶对玻璃化转变测量的影响,是建立PnMAs结构与Tg关系的关键.其次,文献对PnMAs的次级松弛β转变的指认存在争议,α和β松弛的分离是否是一个普遍现象?现有理论认为β松弛是小尺度上的受限运动.然而,双组分体系也至少存在两个松弛峰.这些现象与均相体系的α和β松弛有什么区别?要解决这些问题,首先需要使用多种实验技术(力学松弛、介电松弛,DSC和NMR)对n值从1至18的PnMAs样品进行系统的表征,从而能够准确地指认PnMAs多重松弛过程的分子机理,以此建立完整的分子动力学图像.

摘要： 本发明涉及一种基于计算机模拟配体分子与靶标受体反应并计算预测该反应的热力学(Thermodynamics)和动力学(Kinetics)参数的方法及应用系统。主要包括：1)设计计算配体分子与靶标受体结合自由能的方法，基于该方法设计了多目标分子对接方法并开发出其应用系统；2）采用该系统对配体分子与靶标受体相互作用模式的模拟和采样、获取结合自由能评分，据模拟采样结果构建配体分子与靶标受体的结合自由能势能面的方法系统；3)根据势能面获取配体分子与靶标受体识别反应路径的方法系统；4)确定反应的活性位点和过渡态位点来计算出热力学与动力学参数。本发明为药物研发提供重要依据与预测评价手段，有望提高药物研发效率并大幅度节省实验费用，成为药物研发的有效辅助工具。

摘要： 一种用于改善具有焊缝的海洋船舶的流体动力学轮廓和污染特性的方法，该焊缝形成在船舶水线以下的表面上突起的焊帽。该方法包括通过将整流件应用到水下表面来修正焊缝，例如通过使用填充物。一种具有整流件的船舶以及一种用于船舶并且包括整流件的覆层系统。

摘要： 按本发明的行驶动力学调节系统具有电子的行驶动力学控制单元，该行驶动力学控制单元与至少一个驱动控制单元连接并且构成为，使得该行驶动力学控制单元首先确定额定打滑值或者额定打滑范围和作为参考速度的实际车速。在此，在相应的实际行驶情况中，优选通过用于惯性滑行的最小允许的额定打滑值和用于牵引运行的最大允许的额定打滑值来设定额定打滑范围。按第一替选方案，根据额定打滑值或额定打滑范围将额定转速或额定转速范围输出给所述至少一个驱动控制单元。按第一替选方案的转速范围由在这种行驶情况中的最大允许的驱动打滑值和减速打滑值来计算。按第二替选方案，额定打滑值与参考车速一起直接输送给所述至少一个驱动控制单元，该驱动控制单元由此本身确定在马达层面上的额定转速。在第二替选方案中，类似于第一替选方案，取代额定打滑值，也可输出额定打滑范围，该额定打滑范围由驱动控制单元又换算成额定转速范围。

摘要： 本发明涉及一种基于计算机模拟配体分子与靶标受体反应并计算预测该反应的热力学(Thermodynamics)和动力学(Kinetics)参数的方法及应用系统。主要包括：1)设计计算配体分子与靶标受体结合自由能的方法，基于该方法设计了多目标分子对接方法并开发出其应用系统；2）采用该系统对配体分子与靶标受体相互作用模式的模拟和采样、获取结合自由能评分，据模拟采样结果构建配体分子与靶标受体的结合自由能势能面的方法系统；3)根据势能面获取配体分子与靶标受体识别反应路径的方法系统；4)确定反应的活性位点和过渡态位点来计算出热力学与动力学参数。本发明为药物研发提供重要依据与预测评价手段，有望提高药物研发效率并大幅度节省实验费用，成为药物研发的有效辅助工具。

摘要： 一种基于分子动力学模拟测试碳纳米管力学性能的方法，属于纳米材料技术领域，更具体地说，涉及一种碳纳米管力学性能分子动力学模拟的方法。在分子动力学模拟中使用“弹簧”作为加载工具，实现对碳纳米管加载；并根据牛顿第三定律，通过统计“弹簧”上所受的力，得到碳纳米管所受的载荷。本发明可以高效、准确地得到碳纳米管相关力学性能及参数，从而避免了由实验带来的成本以及规避实验中的诸多不确定因素。

摘要： 本发明公开了基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法，包括：步骤一，建立基于力学试验的分子动力学仿真模型；步骤二，设置分子动力学仿真模型的模拟参数；步骤三，依据模拟参数采用分子动力学模拟方法计算并且输出模拟结果；步骤四，处理模拟结果的数据以获仿真结果；步骤五，将分子动力学的仿真结果与力学试验结果进行对比验证。它具有如下优点：基于力学试验的验证方法能充分反映材料物理性能，有助于验证分子动力学模拟准确性，对提高分子动力学模拟结果的可信度以及分子动力学技术的广泛应用具有重要意义。

摘要： 本发明公开一种用分子动力学模拟诱导聚合物链取向结晶以及拉伸力学破坏的方法。建立聚合物的分子模型，设定原子的初始位置、速度和力场。体系总能量包含动能和势能两部分，其中动能和温度有关，而势能主要包括成键和非键相互作用，即键伸缩能、键角弯曲能、二面角扭转能和范德华相互作用能。采用周期性边界条件，依次对体系进行能量优化、NVT和NPT平衡，进行非等温结晶模拟。用GROMACS软件对体系进行单轴恒力拉伸取向结晶；然后用LAMMPS软件恒速拉伸，研究结晶聚合物的应力应变，及对温度和拉伸速率的依赖性。本发明利用计算机模拟方法，克服了实验局限，实时观察到取向结晶和拉伸过程中微晶的演变，结论与实验数据吻合。

摘要： 本发明公开了一种采用系统粗粒化分子动力学研究重复聚酰亚胺体系热力学性质的模型构建方法。该方法包括下述步骤：a)对合成所述聚酰亚胺所采用的二酐和二胺组成的熔体体系进行全原子动力学模拟，得到所述熔体体系的平衡构象以及密度；b)采用合理的系统粗粒化模型映射方案，分析得到全原子动力学模拟的成键构象分布函数和径向分布函数RDF；c)将步骤b)得到的全原子动力学模拟的成键构象分布函数和径向分布函数RDF进行玻尔兹曼变换，从而进行粗粒化模型分子动力学模拟；d)得到所述聚酰亚胺分子的粗粒化势函数。本发明用苯型四甲酸二酐和4,4‘‑二胺基二苯醚聚合而成的Kapton薄膜为例，通过上述步骤，得到与实验相匹配的热力学性质(密度、玻璃化转变温度等)。

摘要： 一种基于分子动力学模拟测试碳纳米管力学性能的方法，属于纳米材料技术领域，更具体地说，涉及一种碳纳米管力学性能分子动力学模拟的方法。在分子动力学模拟中使用“弹簧”作为加载工具，实现对碳纳米管加载；并根据牛顿第三定律，通过统计“弹簧”上所受的力，得到碳纳米管所受的载荷。本发明可以高效、准确地得到碳纳米管相关力学性能及参数，从而避免了由实验带来的成本以及规避实验中的诸多不确定因素。

摘要： 一种可通过编程实现的适用于分子晶体从头算分子动力学轨迹的处理方法，针对体系内被周期性边界条件约束的原子坐标，通过第一性原理计算方法和原子坐标处理算法，还原受约束的原子坐标，消除轨迹中不合理的分子碎片，使得未发生化学反应的分子结构完整，协助科研人员更高效地分析化学反应路径。该方法具有效率高、可靠性好、指导性强等优点，减轻了对国外昂贵商业软件的依赖，提高了分子动力学研究水平。