神马作文网非平衡态分子动力学模拟步骤设计,需借阅哪些书籍.
来源：学生作业帮 编辑：神马作文网作业帮 分类：数学作业 时间：2024/11/12 22:01:05
非平衡态分子动力学模拟步骤设计,需借阅哪些书籍.
基本步骤：
第一步
即模型的设定,也就是势函数的选取.势函数的研究和物理系统上对物质的描述研究息息相关.最早是硬球势,即小于临界值时无穷大,大于等于临界值时为零.常用的是LJ势函数,还有EAM势函数,不同的物质状态描述用不同的势函数.
模型势函数一旦确定,就可以根据物理学规律求得模拟中的守恒量.
第二步
给定初始条件.运动方程的求解需要知道粒子的初始位置和速度,不同的算法要求不同的初始条件.如：verlet算法需要两组坐标来启动计算,一组零时刻的坐标,一组是前进一个时间步的坐标或者一组零时刻的速度值.
一般意思上讲系统的初始条件不可能知道,实际上也不需要精确选择代求系统的初始条件,因为模拟实践足够长时,系统就会忘掉初始条件.当然,合理的初始条件可以加快系统趋于平衡的时间和步伐,获得好的精度.
常用的初始条件可以选择为：令初始位置在差分划分网格的格子上,初始速度则从玻尔兹曼分布随机抽样得到；令初始位置随机的偏离差分划分网格的格子上,初始速度为零；令初始位置随机的偏离差分划分网格的格子上,初始速度也是从玻尔兹曼分布随机抽样得到.
第三步
趋于平衡计算.在边界条件和初始条件给定后就可以解运动方程,进行分子动力学模拟.但这样计算出的系统是不会具有所要求的系统的能量,并且这个状态本身也还不是一个平衡态.
为使得系统平衡,模拟中设计一个趋衡过程,即在这个过程中,我们增加或者从系统中移出能量,直到持续给出确定的能量值.我们称这时的系统已经达到平衡.这段达到平衡的时间成为驰豫时间.
分子动力学中,时间步长的大小选择十分重要,决定了模拟所需要的时间.为了减小误差,步长要小,但小了系统模拟的驰豫时间就长了.因此根据经验选择适当的步长.如,对一个具有几百个氩气Ar分子的体系,lj势函数,发现取h为0.01量级,可以得到很好的相图.这里选择的h是没有量纲的,实际上这样选择的h对应的时间在10-14s的量级呢.如果模拟1000步,系统达到平衡,驰豫时间只有10-11s.
第四步
宏观物理量的计算.实际计算宏观的物理量往往是在模拟的最后阶段进行的.它是沿相空间轨迹求平均来计算得到的（时间平均代替系综平均）,具体问题具体分析.
据我所知目前没有以分子动力学为名进行专门介绍的书籍,但是分子模拟的书籍里面对分子动力学的介绍还是比较全面的,你可以参考这类的书籍,目前我知道的台湾中山大学程正隆教授写的书挺不错的,在网上可以下到电子版,希望能帮助到你.
第一步
即模型的设定,也就是势函数的选取.势函数的研究和物理系统上对物质的描述研究息息相关.最早是硬球势,即小于临界值时无穷大,大于等于临界值时为零.常用的是LJ势函数,还有EAM势函数,不同的物质状态描述用不同的势函数.
模型势函数一旦确定,就可以根据物理学规律求得模拟中的守恒量.
第二步
给定初始条件.运动方程的求解需要知道粒子的初始位置和速度,不同的算法要求不同的初始条件.如：verlet算法需要两组坐标来启动计算,一组零时刻的坐标,一组是前进一个时间步的坐标或者一组零时刻的速度值.
一般意思上讲系统的初始条件不可能知道,实际上也不需要精确选择代求系统的初始条件,因为模拟实践足够长时,系统就会忘掉初始条件.当然,合理的初始条件可以加快系统趋于平衡的时间和步伐,获得好的精度.
常用的初始条件可以选择为：令初始位置在差分划分网格的格子上,初始速度则从玻尔兹曼分布随机抽样得到；令初始位置随机的偏离差分划分网格的格子上,初始速度为零；令初始位置随机的偏离差分划分网格的格子上,初始速度也是从玻尔兹曼分布随机抽样得到.
第三步
趋于平衡计算.在边界条件和初始条件给定后就可以解运动方程,进行分子动力学模拟.但这样计算出的系统是不会具有所要求的系统的能量,并且这个状态本身也还不是一个平衡态.
为使得系统平衡,模拟中设计一个趋衡过程,即在这个过程中,我们增加或者从系统中移出能量,直到持续给出确定的能量值.我们称这时的系统已经达到平衡.这段达到平衡的时间成为驰豫时间.
分子动力学中,时间步长的大小选择十分重要,决定了模拟所需要的时间.为了减小误差,步长要小,但小了系统模拟的驰豫时间就长了.因此根据经验选择适当的步长.如,对一个具有几百个氩气Ar分子的体系,lj势函数,发现取h为0.01量级,可以得到很好的相图.这里选择的h是没有量纲的,实际上这样选择的h对应的时间在10-14s的量级呢.如果模拟1000步,系统达到平衡,驰豫时间只有10-11s.
第四步
宏观物理量的计算.实际计算宏观的物理量往往是在模拟的最后阶段进行的.它是沿相空间轨迹求平均来计算得到的（时间平均代替系综平均）,具体问题具体分析.
据我所知目前没有以分子动力学为名进行专门介绍的书籍,但是分子模拟的书籍里面对分子动力学的介绍还是比较全面的,你可以参考这类的书籍,目前我知道的台湾中山大学程正隆教授写的书挺不错的,在网上可以下到电子版,希望能帮助到你.