分子动力学和MonteCarlo模拟.PDF

第七章分子动力学和 Monte Carlo模拟 《量子化学与分子力学/分子模拟》 Nankai University 第七章分子动力学和Monte Carlo模拟 §7.1 分子动力学 MD — Molecular Dynamics Simulation 用来模拟分子体系与时间有关的性质，基于 Newton 运动定律，可通过对Newton 方程积分来抽 样检测由原子坐标和速度所严格定义的相空间，可 以基于当前分子的位置和速度计算出其未来的位置 和速度。与单点能和构型优化不同，分子动力学模 拟计算要考虑热运动，分子可包含足够的热能来穿 越势垒。根据各个粒子运动的统计分析，可推知体 系的各种性质。如可能的构象、热力学性质、分子 的动态性质、溶液中的行为，各种平衡态性质等。 《量子化学与分子力学/分子模拟》 Nankai University 第七章分子动力学和Monte Carlo模拟 V 力 Fi  r i F i 加速度 ai m i 1 N 动能 K m v2 i i 2 i 1 总能量 H(r,p ) = V(r) + K(p ) 《量子化学与分子力学/分子模拟》 Nankai University 第七章分子动力学和Monte Carlo模拟 7.1.1 分子动力学模拟的一般步骤 1. 给定条件参数(温度、粒子数、时间等) 2. 体系初始化(初始位置和速度) 3. 计算作用于所有粒子上的力 4. 解牛顿运动方程，计算短时间内(Time Step)粒 子的新位置 5. 计算粒子新的速度和加速度 6. 重复3-5直至体系达到平衡。体系平衡后，等间 隔保存原子的坐标，这些信息称为Trajectory 7. 继续计算直到取得足够的数据，分析轨线数据， 得到体系的统计性质。 《量子化学与分子力学/分子模拟》 Nankai University 第七章分子动力学和Monte Carlo模拟 7.1.2 MD 中的一些概念和问题 • Time Step 每步计算的时间间隔，即求解牛顿 方程积分的时间范围。时间间隔太大，会导致 原子偏离过远，间隔过短则使模拟时间加长。 根据Hyperchem 手册建议，一般对AA体系使 用0.5~1.0fs，对UA使用1~2fs。 • Simulation Periods MD模拟可以有3个时间和 温度段，加热、模拟和冷却。如果需要了解平