分子动力学中势函数研究

选用合适势函数来描述系统内原子间的相互作用是进行分子动力学模拟的基础．本文概要回顾了历史上出现的各种原子间互作用势函数．对各种势模型的理论背景、具体形式、应用范围、特点进行了分析评述．     

准分子动力学

分子动力学计算机模拟是研究复杂凝聚态系统的有力工具，但存在着时间尺度和空间尺度小的局限性。准分子动力学方法，有望成为研究凝聚态系统的跨尺度问题的有力工具。对径受压圆盘的算例表明，准分子动力学方法在解决大尺度力学问题时是有效的。     

瓦斯流动的分子动力模拟中势函数的研究

势能函数作为分子动力模拟的重要问题,它的选取及求解成为这一研究的热点．探讨了分子动力模拟中所涉及的一系列势能函数,选取了所研究的煤层瓦斯流动分子动力模拟所需要的势函数,并根据临界常数法求取了此函数所涉及到的势能参数。最后计算出一个甲烷分子与截断半径处另一分子之间的L-J势能,为后期的模拟研究奠定了基础。     

一种计算原子势函数的方法

对固体材料中原子间的简单相互作用函数Ｕ（ｒ）＝提出了一种计算方法．对立方晶系固体材料，使用实验测得的弹性系数Ｃ１１、Ｃ１２和Ｃ４４及体弹性模量Ｋ的实验测定值，通过网格求极值的方法，进行了计算机模拟．用该法计算出的势函数参量ｍ，ｎ，ａ，ｂ与其它方法估计结果基本一致．     

碳纳米管分子动力学模拟的经验势函数研究

针对经验键序势函数没有考虑到碳纳米管原子间长程非键作用的问题，提出了一种新的势函数表达式．该表达式结合了经验键序作用势和雷纳德-琼斯势的特点，能够计算碳原子间的短程相互作用和长程相互作用，更准确地计算出碳纳米管的原子间作用势能．使用分子动力学模拟方法，研究了单壁碳纳米管原子间的互作用势和杨氏模量．研究结果表明：碳纳米管的单位原子势能随直径的增大而减小，管间作用势能随距离的变化曲线呈U字形，杨氏模量为0．935TPa左右．模拟计算结果与实验结果和其他理论计算结果吻合得很好，说明改进的势函数模型可准确模拟碳纳米管的力学性质。     

改进分子动力学的车辆跟驰模型

为了更好地研究复杂情况下的车辆跟驰特性,将车辆跟驰行为类比为分子在一维管道中相互作用的结果.已有的基于分子动力学的车辆跟驰模型利用需求安全间距和车道限速作为因素建立分子跟驰模型,忽略了车辆相对速度对驾驶员跟驰行为的影响,不符合真实的跟驰情况.因此,将车辆相对速度纳入模型结构中,建立分子相互作用势函数和壁面势函数,并据此构建改进分子动力学的车辆跟驰模型.用高精度车载定位仪器对车辆跟驰过程中的参数进行采集,利用遗传算法对模型参数进行标定并对模型进行分析,分别验证模型在不同跟驰状态下的准确性,并与改进前的分子跟驰模型进行对比.结果表明,改进的分子跟驰模型可以更有效地预测车辆的跟驰行为.     

团簇在金属表面沉积过程的分子动力学模拟

在冷喷涂过程中,喷涂粒子被超音速气流加速到较高的速度,在低于喷涂材料熔点的温度下撞击基体,发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层.但是由于高速粒子碰撞变形的瞬时特点,不能对粒子变形沉积过程进行直接观察,通过对Ni团簇在Cu基体上的沉积过程的分子动力学模拟,可以观察到团簇撞击基体并在基体上沉积的过程,以及团簇和基体的形貌变化;另外,通过计算团簇原子进入基体表面层的数量探讨了影响团簇沉积过程的主要因素.     

从头计算分子动力学方法及其应用

从头计算分子动力学方法把密度泛函理论和分子动力学方法有机地结合起来，使电子的极化效应及化学键的本质均可用计算机分子模拟方法进行研究，是目前计算机模拟实验中最先进、最重要的方法之一。文章简述了从头计算分子动力学方法的基本原理，介绍了该方法在水、水溶液及其他氢键液体的结构与动力学研究中的应用。     

从头计算分子动力学方法及其应用

从头计算分子动力学方法把密度泛函理论和分子动力学方法有机地结合起来,使电子的极化效应及化学键的本质均可用计算机分子模拟方法进行研究,是目前计算机模拟实验中最先进、最重要的方法之一。文章简述了从头计算分子动力学方法的基本原理,介绍了该方法在水、水溶液及其他氢键液体的结构与动力学研究中的应用。     

原子间相互作用对势计算合金奥氏体结合能

利用量子化学从头计算方法和半经验原子间相互作用对势,并参考“固体与分子经验电子理论”中的合金奥氏体的晶胞模型,计算出Fe-C-Mex奥氏体晶胞的结合能信息.由计算分析可知:(1)各种合金元素原子与C原子之间的结合能高于或低于Fe-C之间的结合能.由于这种差别,不同合金元素原子在固态相变中的特征行为也不同.(2)合金奥氏体中所有合金元素原子与C原子的结合能几乎都高于奥氏体中的Fe-Fe、C-C、Mex(Mey)-Mex(Mey)、Mex(Mey)-Mey(Mex)、Fe-Mex(Mey)原子之间的结合能.(3)相对γ-Fe基体而言,含有碳原子和合金元素原子的晶胞均具有较大的结合能,起固溶强化作用,而且结合能越大,对相变的阻力也越大.这种阻力和相变驱动力交互作用能改变相变产物的结构、形态和性能.     

无定形态Al2O3结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了无定形态A l2O3的结构,讨论了压力对于体系结构的影响。模拟计算了体系的双体相关函数、最近邻配位数、键长值、以及键角分布,并给出了原子水平的瞬时结构图形。计算结果与已报道的实验结果相符,并比以往的模拟更接近实验事实。模拟的结果还得到了键价理论的验证。模拟的无定形态A l2O3结构主要为(A lO4)5-四面体单元,大多数四面体间由一个连接三个四面体的氧原子连接。这与液态A l2O3短程内的结构是一致的。在模拟的范围内,压力对原子的配位数有一定影响。     

利用分子动力学方法研究吸附原子在Re(0001)表面的自扩散行为

利用分子动力学与分析型嵌入原子模型,研究了吸附原子在Re(0001)表面的自扩散行为.本文计算的扩散系数符合Arrhenius关系.扩散激活能与前因子从Arrhenius关系得到.计算的扩散激活能与低温场离子显微镜实验结果吻合,而前因子与一般理论计算结果相符.     

基于Lennard-Jones和Soft-Sphere势能模型的流体传递性质分子动力学模拟比较

利用分子动力学模拟计算传递性质方法，采用Green-Kubo关系式基于Lennard-Jones势能模型和Soft-Sphere势能模型模拟了速度相关函数、压力张量相关函数、热流相关函数以及它们对应的传递系数，讨论了Lennard-Jones势能分子间吸引力和Soft-Sphere势能“软度”对流体传递性质的影响．     

短距离作用势分子动力学并行计算研究

针对传统短距离作用势中链表存储数据结构所导致的非规则数据访问问题,提出了块-单元紧凑存储数据结构的解决方法.设计并实现了一个集成以上数据结构、基于实测的高维动态负载平衡方法的短距离作用势分子动力学并行软件.该软件已应用于高温高压微喷射模拟和液晶相模拟两个领域,可以在几百个处理机上模拟包含1×106~1×108个粒子的二维和三维问题,其中程序的并行效率在80%以上.与传统存储数据结构方法相比,本方法提高执行性能5%,其性能约为所用处理机峰值性能的15%以上.     

液态甲醇微观结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对298 K,0.78 g/cm3的液态甲醇的蒸发潜热、自扩散系数、体系的微观构型、径向分布函数和甲醇分子间的氢键结构进行了模拟研究.结果表明,甲醇的蒸发潜热和自扩散系数的模拟结果与实验数据符合.采用计算机图形技术得到了体系达到平衡时其微观构型的物理图像;对氢键的结构分析表明,形成两氢键的甲醇分子的摩尔分数为77.39%,每一甲醇分子形成氢键的平均数目为1.902;形成氢键的两甲醇分子O…O—H取向角分布曲线在12.2°处出现峰值,取向角θ小于12.2°的甲醇分子的摩尔分数为57.39%,形成氢键的甲醇分子取向几乎呈线性分布;氢键的平均寿命为12.6 ps.