分子动力学仿真简介

时间：2026-01-17

分子动力学软件简介

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汇报：宋继光2010年4月

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分子动力学的起源世界上第1例计算机仿真是由Metropolis, Rosenbluth,Teller于1953年在LosAlamos美国国家实验室进行的关于液体的仿真。此后计算机仿真取得了飞速发展。

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分子动力学仿真的意义☆ 可提供大量的精确数据 ☆ 信息的一般化 ☆ 预测事物发展的趋势

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发展高强度，耐磨，耐热材料。认识规律，指导生产原子：0.1-5nm 宏观：1mm-1cm 微观：20-1000nm

细观：10-50 µm

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分子动力学仿真的应用领域医药生物材料新能源化学机械

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分子动力学仿真的基本原理☆ 系统模型的建立 ☆ 质点的运动方程 ☆ 分子间的相互势能

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系统模型的建立

选择一个由N个粒子组成的分子动力学元胞，加上边界条件构成分子动力学一般模型。研究问题不同，边界条件不同，通常根据具体的研究问题，选取的边界条件有周期性边界条件，固定边界条件，混合边界条件(周期性边界条件加固定边界条件)。

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质点的运动方程原子间的相互作用力可通过势函数对原子间距离rij求导得出，公式如下：

作用在第i原子上的总原子力等于其周围所有其它原子对该原子作用力之合力，即： Fi=ΣFij (i≠j)图1 笛卡儿坐标系中的径矢ri,rj 及i ,j质点间的连接矢量rij

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分子间的相互势能

图2 势能函数与力随原子间距的变化

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分子动力学软件表1 分子动力学软件对比

软件名称 DL_Poly LAMMPS GROMACS AMBER Materials Exploer

操作系统 NNIX LINUX 无限制 NNIX 无限制

应用范围做界面体系做材料体系做蛋白体系做生物体系化学和材料体系

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Materials Explorer 软件简介Materials Explorer(下简称ME)是由日本 FUJITSU公司开发的一种高效的商业化的多用途分子动力学(MD)软件包，适用于Windows操作 MD Windows 系统的个人计算机和Linux系统的集群式计算机。 ME软件功能非常强大，可以用来研究有机物、高聚物、生物大分子、金属、陶瓷材料、半导体等晶体、非晶体、溶液、流体、液体和气体的相变、膨胀、压缩系数、抗张强度、缺陷等。

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◎基本用户导向模块ME的基本用户导向模块，提供建模、结果分析等用户工具界面。作为ME的基本模块，它整合各种计算引擎和物性预测模块，进行统一界面下统一管理。用户可以基于研究目的随意整合各个模块，提高工作效率。

图3 ME基本界面

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◎建模ME具有较强的建模功能。ME可以使用户在操作界面当中进行晶体结构的建立、编辑等工作。根据建模需要，可以建立缺陷、原子置换、原子插入等编辑，并可方便的建立、修改超晶胞、表面和界面等。

图4 ME固体建模实例

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△建立液体和气体模型

图5 Solution Model

er建立的空气模型

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△原子置换工具用户可利用该工具对已经建好的模型内部的原子进行置换。