動力學模擬的案例
分子動力學仿真模擬
圖1：利用分子動力學計算的材料（此材料為Cr2O3固體）各種機械性質。
2. 熱力學性能：聲子態密度，比熱容（等容或等壓），熔點，熱膨脹系數（1D-3D），等溫壓縮系數，熱導率（僅限非金屬材料，例如石墨烯等），等等。
圖2：利用分子動力學計算的材料（此材料為銅-銀納米顆粒）熱力學各性質。
· 各尺度材料的動力學過程模擬與研究：
1. 材料的融化過程：例如金屬納米顆粒，高熵合金，等等。
圖3：利用分子動力學模擬的銅銀納米顆粒以及鋁-銅-鐵-鉻-鎳高熵合金納米顆粒的融化過程。
2. 顆粒在不同條件下的燒結過程：例如不同溫度，壓力 ，顆粒的大小，等等。
圖4：利用分子動力學模擬的銅銀納米顆粒及納米線在不同溫度下的燒結過程
3. 焊接過程：例如, 鎳、鋁納米顆粒與Inconel 718合金的浸潤或者焊接過程
圖5：利用分子動力學模擬的鎳納米顆粒在鎳基板上的浸潤過程以及焊接Inconel 718合金的過程
4. 固相或液相擴散過程：例如θ’-Al2Cu沉積相在鋁合金中的擴散及生長，可計算擴散系數，擴散激活能等。
圖6：利用分子動力學模擬的θ′-Al2Cu在鋁合金中的擴散過程。
來源：海納有限元服務號
展開 利用Amber進行動力學模擬和結合自由能計算
上期四川大學李建宗博士為大家分享了《手把手教你用Gromacs完成溶菌酶在水中的動力學模擬》。
今天，將繼續為大家介紹如何在北鯤云計算平臺上利用Amber完成蛋白-小分子體系的動力學模擬，以及利用MMGBSA計算小分子與蛋白質（Abl和伊馬替尼）之間的結合自由能。
Amber是美國加州大學Peter Kollman等開發的一款著名的分子動力學模擬軟件包。Amber主要適用于蛋白質，小分子和多糖等生物分子體系的模擬。
01
結構處理
建議現在自己電腦上安裝一個UCSF Chimera小程序，用于處理分子模擬所需的結構文件。該軟件學術免費，而且具備和PyMOL類似的圖形顯示功能。獲取地址：
https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/download.html
獲取晶體結構結構復合物
本教程旨在利用Amber在北鯤云平臺上完成蛋白質Abl和靶向藥物伊馬替尼體系的動力學模擬，并且計算他們之間的結合自由能。幸運的是PDB數據庫中包含了Abl和伊馬替尼的復合物的晶體結構，編號為6E4F。通過UCSF Chimera的fetch工具可以方便的獲取晶體結構。在File—Fetch by ID中的PDB后輸入編號6E4F即可下載復合物晶體結構，并將其保存為6E4F.pdb到自定義工作路徑中。
Abl和伊馬替尼的相互作用細節
處理蛋白質
下載復合物晶體結構以后，先對蛋白質進行處理，刪除復合物中所有的除開蛋白質外的原子。在Residue中選擇所有非標準殘基，然后通過Actions—Atoms/bonds—delete進行刪除。將蛋白質保存為protein.pdb文件。
展開 GROMACS分子動力學模擬技術與應用培訓班
關于舉辦“GROMACS分子動力學模擬技術與應用”培訓班的通知
各有關單位:
分子動力學模擬可以通過多款軟件進行，根據需要不同可以選擇不同的軟件。其中GROMACS的應用是最廣泛的，該軟件功能強大，用戶友好，能夠滿足幾乎所有常見的原子體系模擬需要、而且免費開源。采用GROMACS進行分子動力學計算分析從而指導進一步的實驗工作，預測理論結果。不論你從事計算化學，生物醫學或者其他領域的研究, 理解并實踐分子模擬都能給你一些新的的思考方式，增強你對新問題的分析力與洞察力，應新老客戶的科研需求，北京軟研國際信息技術研究院特舉辦“GROMACS分子動力學模擬技術與應用”培訓班，本次培訓由互動派（北京）教育科技有限公司具體承辦，具體相關事宜通知如下：
一、培訓特色：
1、小班授課，培訓教室配備有電腦（每人一臺）、服務器、投影；
2、對知識進行系統講解，由淺入深，配合案例解析邊講邊練，讓學員能運用模擬軟件針對每個技術點進行上機操作；授課老師和助教現場解決學員提出的各種專業問題，針對性的分析學員需求并提供指導，從而更好地滿足學員不同方面的科研需求；
3、課堂上邀請學員進入專屬班級交流群，分享內部資料，學員學完后可以繼續在班級群與老師同學交流問題。另外隨著課程的不斷優化，我們為老學員提供了專屬增值服務，參加一次培訓，后期本人可以免費再參加一次。
二、時間地點：
每年都有舉辦，最新一期安排在
2018年12月20日——12月23日 西安
三、報名費用：
每人￥3300元（含報名費、培訓費、資料費），食宿費用自理。
展開 基于MS進行CO2驅瀝青質沉積分子動力學模擬
因此,本文通過MS軟件進行分子動力學模擬，分析瀝青質沉積對CO2驅油的效果。
1. 建立基礎模型
通過MS的建模功能，構建出，樹脂，瀝青質和烷烴等模型，瀝青質-Fe模型，以及在體系內填充CO2后的模型。
2. 下一步對體系進行優化，使體系能量達到最穩定的狀態。
在Geometry Optimization optimization會話框里設置Algorithm算法為Smart，實際模擬時可參考文獻中的信息來選擇；對Convergence tolerance收斂公差進行設置，點擊Quality設置為Ultra-fine，后面的Energy、Force、Displacement幾個參數自動進行調整；設置Max.iterations最大迭代次數為50000。
3. 對體系進行分子動力學模擬。
使用力場為文獻中常用的COMPASS力場，對體系分別進行200ps的NVT和200PS的NPT（可進行不同溫度以及壓力下的模擬）分子動力學模擬。對最終輸出的體系進行500PS的NVE分子動力學體系。收集其MSD和RDF，以及擴散系數。
如圖為分子動力學模擬后的模型圖(部分圖)：
4. 如圖為通過MS腳本計算各物質之間的相互作用：
最后,歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯絡
展開 
基于GROMACS的有機物萃取過程分子動力學模擬
關鍵詞：GROMACS；有機物；萃取; 分子動力學；packmol
有機物萃取作為一種重要的分離和提純技術，廣泛應用于石油化工、環境保護、制藥等領域。通過液-液萃取過程，有機溶劑與目標有機物在液相中相互作用，從而實現高效分離。然而，由于萃取過程涉及到復雜的分子間相互作用，傳統實驗方法難以精確揭示其微觀機制。隨著分子動力學模擬技術的發展，基于GROMACS的有機物萃取過程分子模擬為我們提供了新的研究手段。本文將探討基于GROMACS的有機物萃取過程的分子模擬技術及其應用前景。
一、分子動力學模擬與GROMACS簡介
分子動力學模擬（MD）是一種通過數值計算解決分子和原子間相互作用的經典力學方程的方法。它通過追蹤分子在特定條件下的運動軌跡，能夠為我們提供關于分子結構、動力學性質和熱力學行為的詳細信息。GROMACS（GROningen MAchine for Chemical Simulations）是一款高效的分子動力學模擬軟件，廣泛應用于生物分子模擬、材料科學和化學反應動力學等領域。由于其高度優化的計算性能，GROMACS成為了研究液-液萃取過程和有機物分子行為的理想工具。
二、初始模型的構建
本案例主要探究乙醚有機物在水和甲苯之間的分配，模擬乙醚的萃取過程。乙醚，甲苯采用GAFF力場，水分子采用spce水模型。首先用Packmol建立水，甲苯，乙醚分子數分別為1764，300，30的混合體系，輸入文件如圖1所示：
圖1 packmol 輸入文件
三、模擬結果分析
經過能量最小化和10ns的模擬，萃取過程相分離如圖2所示。剛開始體系各相均勻混合，經過1ns后，發生略微相分離，而模擬到10ns后，幾乎發生完全的相分離。
展開 基于CP2K的退火產生非晶態二氧化硅分子動力學模擬
Sophia
關鍵詞：CP2K；非晶態；二氧化硅;分子動力學模擬；退火
非晶二氧化硅（a-SiO?）因其高介電常數、優異的化學穩定性與熱穩定性，被廣泛用于光電子器件、微電子絕緣層、以及多種涂層領域。本案例將通過模擬退火方式獲得無定形二氧化硅結構，即令晶態二氧化硅升溫至融化以破壞晶態結構，如何降溫成固態，最后做結構優化。注意不能對熔融狀態下的二氧化硅直接做結構優化，否則會收斂到能量很高，無化學意義的極小點結構。
初始模型的構建
啟動VMD，進入
Extension-Modeling-Inorganic Builder中構建方石英二氧化硅超胞，如圖1所示：
圖1 初始晶態二氧化硅模型
首先進行高溫動力學模擬，CP2K輸入文件中任務類型設為分子動力學，理論方法選擇GFN1-XTB，溫度設為3000，采用CSVR熱浴，計算10 ps。其結構演變如圖2所示。可以看到，經過10 p后，晶態二氧化硅已經完全變得無序。
圖2 升溫過程晶態二氧化硅結構的演變
接著進行降溫動力學的模擬，CP2K輸入文件溫度設為800，采用CSVR熱浴，模擬時間計算6 ps。算完后進入gnuplot,執行以下命令檢查溫度隨時間的變化：
plot ‘cool-1.ener’ u 2:4 w 1 t ‘Temperature
圖3 降溫過程體系的溫度變化
可以看到，初始溫度2819.6 K，模擬前期和參考溫度溫差較大。降溫較快。模擬6 ps后溫度降為880K ，和參考溫度較為接近。
最后通過徑向分布函數考察其結構特征，如圖4和圖5 所示。可以看到，初始晶態結構的rdf十分陡峭，體現出原子排列的顯著周期性。
展開 一個方法快速完成動力學模擬計算
以Gromacs在北鯤云超算平臺完成溶菌酶在水中的動力學模擬為例
整個步驟分為10步
結構處理，文件上傳，生成拓撲文件，定義單位盒子并填充溶劑，添加離子，體系能量最小化，NVT平衡，NPT平衡，動力學模擬成品模擬的部分可以到我們以前發布的文章中查看。
之前的教程非常詳細的展示了如何用Gromacs進行動力學模擬，值得注意的是，
上述教程中的命令可以在單機完成，也可以上述所有命令寫成作業腳本進行提交。提交腳本命令：
sbatch -N 1 -p g-v100-1 -c 12 md-gromacs.sh
其中，-N為節點的數量，這里輸入的是1。-p為選擇的PARTITION，這里使用的是V100卡（g-v100-1）。
md-gromacs.sh腳本的內容涵蓋上述教程中的所有命令，根據北鯤云超算平臺的指南需要在腳本開頭加上導入gromacs模塊，如果申請了GPU需要將GPU模塊也導入(1-6行)，具體腳本內容如下：
所有操作只需要可以登錄北鯤云超算平臺在線操作即可，無需自己配備高性能的計算機，和為繁瑣的工具安裝浪費時間。
展開 分子動力學模擬介紹
分子動力學簡介：
分子動力學方法是一種計算機模擬實驗方法，是研究凝聚態系統的有力工具。該技術不僅可以得到原子的運動軌跡，還可以觀察到原子運動過程中各種微觀細節。它是對理論計算和實驗的有力補充。廣泛應用于材料科學、生物物理和藥物設計等。經典MD模擬，其系統規模在一般的計算機上也可達到數萬個原子，模擬時間為納秒量級。2006年進行了三千二百億個原子的模擬（IBMlueGene/L）。
分子動力學總是假定原子的運動服從某種確定的描述，這種描敘可以牛頓方程、拉格朗日方程或哈密頓方程所確定的描述，也就是說原子的運動和確定的軌跡聯系在一起。在忽略核子的量子效應和Born-Oppenheimer絕熱近似下，分子動力學的這一種假設是可行的。所謂絕熱近似也就是要求在分子動力學過程中的每一瞬間電子都處于原子結構的基態。要進行分子動力學模擬就必須知道原子間的相互作用勢。
在分子動力學模擬中，我們一般采用經驗勢來代替原子間的相互作用勢，如Lennard-Jones勢、Mores勢、EAM原子嵌入勢、F-S多體勢。然而采用經驗勢必然丟失了局域電子結構之間存在的強相關作用信息，即不能得到原子動力學過程中的電子性質。
詳細介紹請見附件。
2、分子模擬的三步法和大致分類
三步法：
第一步：建模。包括幾何建模，物理建模，化學建模，力學建模。初始條件的設定，這里要從微觀和宏觀兩個方面進行考慮。
第二步：過程。這里就是體現所謂分子動力學特點的地方。包括對運動方程的積分的有效算法。對實際的過程的模擬算法。關鍵是分清楚平衡和非平衡，靜態和動態以及準靜態情況。
第三步：分析。這里是做學問的關鍵。你需要從以上的計算的結果中提取年需要的特征，說明你的問題的實質和結果。因此關鍵是統計、平均、定義、計算。
展開 [11月22日-11月25日 北京 ] 關于 “LAMMPS分子動力學模擬技術與應用” 培訓班
詳情鏈接：http://flac3d.cn/hdp/lam/zsb.html 或直接聯系QQ 85329991
關于 “LAMMPS分子動力學模擬技術與應用” 培訓班
培訓背景
分子動力學模擬被廣泛用于生命科學、化學工程、物理、醫藥、材料科學等領域。由于傳統實驗需要大量的人力物力而且耗時，而計算機模擬的方法省時省力，能有效提高科研效率；目前，分子動力學模擬能在很大程度上進行預測指導實驗，因此模擬與實驗的對照是將來研究的主要方向之一。分子動力學模擬作為一種理想的計算機模擬方法，可以用來模擬兩相之間的相互作用，也是對計算和實驗的補充。
培訓特色
1、小班授課，培訓教室配備有服務器、投影；
2、對知識進行系統講解，由淺入深，配合案例解析邊講邊練，讓學員能運用模擬軟件針對每個技術點進行上機操作；授課老師和助教現場解決學員提出的各種專業問題，針對性的分析學員需求并提供指導，從而更好地滿足學員不同方面的科研需求；
3、課堂上建立專屬班級交流平臺，學員學完后可以繼續在班級群與老師同學交流問題，鞏固學習內容。參加一次培訓，后期可以免費再參加一次。
展開 手把手教你用Gromacs完成溶菌酶在水中的動力學模擬
(Rita Levi-Montalcini)
利用Chimera的MD movie工具或者其他可視化軟件對動力學模擬成品進行動畫展示，模擬部分結果如下所示，綠色原子表示添加的離子。
Chimera展示動力學模擬動畫
利用rms工具計算體系中蛋白質骨架的RMSD隨時間波動情況，命令如下
echo 4 4| gmx rms -f md.xtc -s md.tpr -o rmsd
利用xmgrace查看結果
xmgrace -nxy rmsd.xvg
動力學分析RMSD隨模擬時間變化曲線
10
北鯤云超算平臺作業提交
上述教程非常詳細的展示了如何用Gromacs進行動力學模擬，值得注意的是，上述教程中的命令可以在單機完成，也可以上述所有命令寫成作業腳本進行提交。提交腳本命令：
sbatch -N 1 -p g-v100-1 -c 12 md-gromacs.sh
其中，-N為節點的數量，這里輸入的是1。-p為選擇的PARTITION，這里使用的是V100卡（g-v100-1）。
展開 模擬普利司通世界太陽能挑戰賽的旋轉輪空氣動力學
模擬提供了對旋轉輪周圍流場的詳細了解。在車輪前部和輪拱周圍觀察到一個小的再循環區。在這里，來自上游的氣流在車輪和輪拱之間匯合成單一的氣流。
流線按前輪胎周圍的速度著色。
結論
通過與 Fidelity Hexpress 和 Fidelity Flow 的合作，可以更深入地了解旋轉輪周圍的流場及其對壓力阻力的影響。車輪的旋轉導致車輪阻力降低 40%，整車的C d A 降低 10%。該案例研究增加了我們對仿真解決方案的信心，因為結果非常接近實驗測試（道路測試和風洞測試）。
參考
Borgions K., Holemans T.，太陽能汽車旋轉輪的空氣動力學模擬。KU Leuven，工程技術學院。碩士論文, 2019.
Vandervelpen E., Uten J.，用于太陽能汽車空氣動力學模擬的湍流模型測試，KU Leuven，工程技術學院。碩士論文, 2018.
文章來源：cadence博客
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使用火災動力學模擬器(FDS)完成火災CFD模擬課程（英） ￥15
使用火災動力學模擬器(FDS)完成火災CFD模擬課程（英）
發布于2026年3月
MP4 | 視頻：h264, 1920x1080 | 音頻：AAC, 44.1 KHz, 雙聲道
語言：英語 | 時長：12小時45分鐘 | 大小：9.42 GB
**FDS實用火災建模 — 熱釋放速率、暖通空調、控制系統及高級CFD應用**
**您將學到什么**
- 使用FDS和 PyroSim 構建完整的火災模擬模型，從幾何設置到結果解讀。
- 設計結構化計算網格，并利用特征火災直徑計算合適的單元尺寸。
- 定義材料、反應、組分和表面，以準確模擬火災增長和煙氣行為。
- 布置和配置測量裝置，用于測量溫度、能見度、煙氣層高度、熱釋放速率和流量。
**課程要求**
- 具備傳熱學和流體力學等工程基礎的基本理解會有幫助，但非強制要求。
- 無需具備FDS或PyroSim的先驗經驗。課程循序漸進地涵蓋基礎知識和高級概念。
- 需要一臺能夠運行PyroSim和FDS模擬的計算機。
- 必須具備學習計算火災建模并應用工程判斷的意愿。
**課程描述**
火災建模在性能化消防安全設計中已不再是可選項 — 它是必不可少的。
這門關于火災動力學模擬器(FDS)的完整專業課程，將帶您從零基礎走向高級實際火災建模應用。無論您是消防工程師、CFD工程師、機械工程師、安全顧問還是研究人員，本課程旨在讓您在構建、運行和解讀火災模擬方面具備專業能力。
我們從火災動力學基礎、燃燒原理以及理解FDS工作原理所需的CFD基礎知識開始。
展開 基于GROMACS的冰的拉伸分子動力學模擬
圖4 拉伸過程冰晶胞的變化
圖5 拉伸過程冰晶胞的能量變化
結語
通過GROMACS分子動力學模擬，本案例成功探究了冰晶胞拉伸的演變過程。對于相關領域的研究人員和工程師來說，本案例提供了一個有力的工具，可以為解決實際問題提供理論依據和技術支持。
最后，有相關需求歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯絡。
Gromacs分子動力學培訓通知
一，軟件介紹
GROMACS是一個用于分子動力學模擬和能量最小化的計算引擎。 科技的發展已然遍布世界，對于事物的探討尤其是對微觀動力學現象的研究越來越依賴于計算機。. 由此，模擬技術與實驗、理論三者的結合是現在以及未來被認可和推廣的研究手段。. 分子動力學模擬不僅可以解釋實驗現象，驗證理論結果，而且還發揮著預見性作用。. 其在生物、醫藥、材料、化學等學科領域均有廣泛應用。. 在分子動力學的模擬研究中，一款開源、自由、免費的軟件GROMACS得到了廣泛的應用。. 它可以用于幾百萬個粒子體系的分子動力學模擬研究，特別是生物體系，比如磷脂雙分子層生物膜、蛋白質、藥物分子等。另外，GROMACS能夠非常快速地計算非鍵作用，因此也可用于非生物體系，如聚合物、一些有機物、無機物等。
二.培訓方式
本次培訓全程線上授課, 采用一對一或者一對多方式進行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術交流，學員需要自行準備電腦。
三 培訓對象
需要使用Gromacs軟件進行科學研究的老師,學生以及其他研究人員.
四、培訓內容
針對gromacs軟件的常用模塊進行教學，包括蛋白與配體模擬分析，離子液體，小分子與細胞膜相互作用，同時介紹gromacs中的各分析模塊使用功能。具體內容如下：
1. 蛋白與配體模擬分析
蛋白質的預處理，配體分子建模
1.1分子動力學模擬的力場
1.2.分子動力學模擬的參數及方法
1.3復合物構象隨時間的變化
1.4.
展開 分子動力學模擬-礦物表面潤濕性
關鍵詞：頁巖油，分子動力學，lammps，gromacs，界面張力，最小混相壓力
摘要：分子模擬方法在探究納米尺度下分子間相互作用方面展現出巨大的技術優勢。因此，本文采用分子動力學模擬方法，研究礦物表面潤濕性。
通過我這套LAMMPS, GROMACS代碼，你可以實現不同氛圍氣體，不同溫度下的潤濕性-接觸角計算。這套代碼還可以把氣體換成油，水中加入表面活性劑，助溶劑，離子等，進行研究。
MS，LAMMPS，GROMACS均可以實現，這里介紹LAMMPS，GROAMCS流程。
1，初始模型構建：初始模型是氣-水-壁面模型，使用PACKMOL構建，使用lammps也可以用lammps建模
2，選擇力場：CO2可用TRAPPE，EPM2力場，H2O用SPC/E力場，油用OPLS-AA力場，黏土礦物用clayff力場
3，進行分子動力學模擬：能量最小化-平衡動力學-生產動力學
4，統計數據，可分析密度分布，擴散系數，相互作用力參數等
5，提供LAMMPS in文件，data文件; GROMACS：mdp，top，inp，pdb，gro，xtx等文件
首先設置一個初始尺寸較大的模擬盒子，如圖1所示。
體系設置為NVT系綜，可以設置多個溫度，觀察溫度的影響。壓力由氣體數量決定。麻煩點可以在體系上面加一個板子，用NEMD壓板子。這個體系8ns就穩定了。
圖2是 6ns的穩定構象。
圖3 是接觸角的二維密度分布。
圖4 是密度分布，還可分析相互作用能
圖5 顯示了親水礦物可能不存在接觸角
圖6-圖7 是溫度-壓力對接觸角的影響。
展開 