力場(chǎng)
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2021-10-16
力場(chǎng)的視頻教程
011 - COMSOL基于SRR的二次諧波產(chǎn)生（含講解視頻）
左列：文獻(xiàn)中的結(jié)果，右列：本例的結(jié)果? ?? 2、從上到下依次為：電子運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)分布、磁感應(yīng)強(qiáng)度分布、自由電子受到的洛倫茲力場(chǎng)分布。左列：文獻(xiàn)中的結(jié)果，右列：本例的結(jié)果? ?? ? ?再次提醒：購(gòu)買(mǎi)本課程不附帶答疑指導(dǎo)。
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ADAMS全面學(xué)習(xí)視頻基礎(chǔ)模塊
關(guān)節(jié)球鉸副（實(shí)例） 7、 定義運(yùn)動(dòng)副-齒輪傳動(dòng)（實(shí)例） 8、定義運(yùn)動(dòng)副-凸輪機(jī)構(gòu)（實(shí)例） 四、ADAMS驅(qū)動(dòng) 1、 添加驅(qū)動(dòng)-在運(yùn)動(dòng)副上添加驅(qū)動(dòng) 2、 添加驅(qū)動(dòng)-在構(gòu)件兩點(diǎn)之間添加驅(qū)動(dòng) 3、 冗余約束 4、約束總結(jié) 5焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)副和驅(qū)動(dòng)添加（實(shí)例） 6、挖掘機(jī)的約束和驅(qū)動(dòng)（實(shí)例） 五、ADAMS載荷 1、 外部載荷（單向力、單向力矩、三分量力、三分量力矩等） 2、 柔性連接（阻尼器、彈簧、卷曲彈簧、力場(chǎng)
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力場(chǎng)的實(shí)例教程
力場(chǎng)構(gòu)建
在整個(gè)模擬工作的前期，最為關(guān)鍵的事情就是得到準(zhǔn)確的力場(chǎng)參數(shù)和文件。對(duì)于蛋白質(zhì)等生物分子，Gromacs可以自動(dòng)識(shí)別氨基酸并產(chǎn)生準(zhǔn)確的力場(chǎng)文件，但是對(duì)于某些特殊的小分子，Gromacs并不能識(shí)別和產(chǎn)生力場(chǎng)參數(shù)。這時(shí)候需要自己構(gòu)建合適的力場(chǎng)或者利用現(xiàn)有的網(wǎng)站去生成。在此推薦一個(gè)力場(chǎng)生成網(wǎng)站：http://zarbi.chem.yale.edu/ligpargen/index.html。該網(wǎng)站需要認(rèn)為畫(huà)出小分子的結(jié)構(gòu)，然后會(huì)自動(dòng)識(shí)別并產(chǎn)生分子的OPLS全原子力場(chǎng)。
結(jié)語(yǔ)
本文簡(jiǎn)要介紹了Gromacs的操作流程和力場(chǎng)產(chǎn)生的方式。在實(shí)際的操作過(guò)程中，用戶需要準(zhǔn)確了解每個(gè)命令中的用途以及如何針對(duì)自己的需要選擇合適的力場(chǎng)類(lèi)型以及mdp文件中的設(shè)定例如計(jì)算時(shí)長(zhǎng)，輸出頻率，溫度和壓力的耦合方式等。另外，力場(chǎng)的構(gòu)建是模擬準(zhǔn)備工作中非常關(guān)鍵的一步。由于Gromacs可以識(shí)別的分子有限，對(duì)于許多工作來(lái)說(shuō)，分子力場(chǎng)的構(gòu)建非常棘手。本文僅以opls力場(chǎng)為例，用現(xiàn)有的網(wǎng)站輔助生成。實(shí)際工作中針對(duì)不同的需求，在力場(chǎng)構(gòu)建時(shí)還會(huì)需要到一定的文獻(xiàn)調(diào)研和編程能力。
最后，有相關(guān)需求和疑問(wèn)，歡迎通過(guò)微信公眾號(hào)聯(lián)系我們。
展開(kāi) 本文介紹一種建立力場(chǎng)的方式以及在蛋白質(zhì)-小分子模擬過(guò)程中需要注意的重要問(wèn)題。
首先，我們選擇需要模擬的蛋白質(zhì)和小分子。蛋白質(zhì)的構(gòu)象可以從在線的PDB庫(kù)找到（https://www.rcsb.org/ )。小分子的構(gòu)象可以通過(guò)相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)或者軟件進(jìn)行構(gòu)建。然后通過(guò)手動(dòng)或者對(duì)接的方式將蛋白和小分子組合。這樣就可以初步得到蛋白-配體復(fù)合物的構(gòu)象。如下圖：
之前的模擬介紹過(guò)如何生成蛋白質(zhì)的力場(chǎng)。如果此時(shí)使用gmx pdb2gmx -f AA.pdb -o AA.gro命令來(lái)建立力場(chǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)gromacs無(wú)法識(shí)別小分子并產(chǎn)生相關(guān)的力場(chǎng)。在此我們介紹一種生成力場(chǎng)的工具：CGenFF (https://cgenff.umaryland.edu/ )，我們可以通過(guò)該網(wǎng)站提供的工具產(chǎn)生mol2文件。其中要注意的是生成力場(chǎng)是一定要對(duì)配體把缺失的H原子補(bǔ)上，以生成準(zhǔn)確的全原子力場(chǎng)。注意生成的mol2文件可能存在一些小錯(cuò)誤需要手動(dòng)修改。
在此我們還需要準(zhǔn)備需要的力場(chǎng)文件，然后利用我們提供的腳本來(lái)進(jìn)行力場(chǎng)的建立。大概命令為：python ff_charmm2gmx.py AA AA_fix.mol2 aa.str charmm36-mar2019.ff。力場(chǎng)生成后需要準(zhǔn)確將力場(chǎng)文件以及對(duì)應(yīng)的模擬參數(shù)文件逐個(gè)寫(xiě)入top文件。如圖所示：
力場(chǎng)生成后我們可能還需要手動(dòng)修改蛋白-配體結(jié)構(gòu)文件。在此我們就可以通過(guò)使用對(duì)應(yīng)命令來(lái)構(gòu)建盒子并且添加溶劑。如圖所示
之后的模擬就可以按步驟利用對(duì)應(yīng)的mdp文件生成tpr并且進(jìn)行模擬。
展開(kāi) 眾所周知，在分子動(dòng)力學(xué)模擬中，保證模擬結(jié)果精確性的最重要因素之一就是力場(chǎng)的準(zhǔn)確性，尤其是非鍵相互作用和電荷的準(zhǔn)確性。對(duì)于核酸和蛋白質(zhì)等體系，Gromacs擁有自帶的力場(chǎng)包例如amber、charmm以及opls可以自動(dòng)識(shí)別并提供相應(yīng)的參數(shù)和電荷，這些參數(shù)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)者的測(cè)試具有較高準(zhǔn)確性。但是對(duì)于一些非常見(jiàn)的分子例如配體等力場(chǎng)的構(gòu)建，gromacs無(wú)法自動(dòng)處理，需要我們額外處理。之前我們?cè)扑]過(guò)一個(gè)較好的力場(chǎng)生成工具(
http://zarbi.chem.yale.edu/ligpargen/index.html)可以產(chǎn)生opls力場(chǎng)的作用參數(shù)。今天我們介紹一種產(chǎn)生適用性更強(qiáng)的基于ambertools的生成力場(chǎng)的方法。本次我們主要使用ambertool和gaussian來(lái)生成小分子力場(chǎng)參數(shù)和電荷。
安裝ambertools，首先我們需要安裝ambertools(下載網(wǎng)址https://ambermd.org/ ) ，在此向大家提供一種簡(jiǎn)單的安裝方法：使用anaconda安裝。
利用antechamber生成對(duì)應(yīng)的mol2文件和預(yù)處理文件
antechamber -i lig.mol2 -fi mol2 -o lig_amber.mol2 -fo mol2
在此可以看到使用antechamber的時(shí)候我們也可以計(jì)算BCC電荷，但是BCC電荷精確度不高，我們還是考慮使用gaussian產(chǎn)生精度較高的RESP或者RESP2電荷。
展開(kāi) 在科研計(jì)算中，電場(chǎng)和力場(chǎng)的施加對(duì)于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性具有決定性的影響。它們能夠模擬真實(shí)環(huán)境中的相互作用，為科研人員提供更加準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支持。為了滿足科研人員對(duì)于高效、精準(zhǔn)電場(chǎng)與力場(chǎng)設(shè)置的需求，我們推出了一款功能強(qiáng)大的基于Perl語(yǔ)言的MS Forcite模塊添加電場(chǎng)與力場(chǎng)腳本。下面，我們將對(duì)該腳本的功能進(jìn)行全面、深入的介紹，并探討施加電場(chǎng)、力場(chǎng)的好處以及相關(guān)的背景信息。
一、施加電場(chǎng)、力場(chǎng)的好處
模擬真實(shí)環(huán)境：通過(guò)施加電場(chǎng)和力場(chǎng)，可以更加真實(shí)地模擬材料在實(shí)際環(huán)境中的行為。這對(duì)于研究材料的電學(xué)性能、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。
提高計(jì)算準(zhǔn)確性：電場(chǎng)和力場(chǎng)的施加能夠更準(zhǔn)確地描述原子和分子間的相互作用，從而提高模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性。這對(duì)于預(yù)測(cè)材料性質(zhì)、設(shè)計(jì)新材料等方面具有重要價(jià)值。
拓展研究領(lǐng)域：電場(chǎng)和力場(chǎng)的引入為研究復(fù)雜體系提供了新的思路和方法，有助于科研人員拓展研究領(lǐng)域，探索更多未知的科學(xué)問(wèn)題。
二、背景介紹
電場(chǎng)在科研中的應(yīng)用：電場(chǎng)在科研領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如研究材料的電學(xué)性能、電化學(xué)過(guò)程、電子結(jié)構(gòu)等。通過(guò)施加電場(chǎng)，可以模擬材料在電場(chǎng)作用下的行為和性質(zhì)變化，為科研人員提供重要的數(shù)據(jù)支持。
力場(chǎng)在科研中的應(yīng)用：力場(chǎng)是描述原子和分子間相互作用的重要工具，廣泛應(yīng)用于分子動(dòng)力學(xué)模擬、蒙特卡洛模擬等方法中。通過(guò)選擇合適的力場(chǎng)模型，可以準(zhǔn)確地模擬材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和行為，為科研人員提供可靠的理論依據(jù)。
電場(chǎng)與力場(chǎng)的結(jié)合：在科研計(jì)算中，電場(chǎng)和力場(chǎng)往往需要結(jié)合使用。通過(guò)同時(shí)施加電場(chǎng)和力場(chǎng)，可以更加真實(shí)地模擬材料在實(shí)際環(huán)境中的行為，提高模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。
展開(kāi) AMBER力場(chǎng)，由Peter Kollman課題組開(kāi)發(fā)，是在生物大分子模擬中廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要分子力場(chǎng)。最初，AMBER力場(chǎng)主要用于計(jì)算蛋白質(zhì)和核酸體系，其力場(chǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)自實(shí)驗(yàn)值。隨著應(yīng)用的擴(kuò)展，Kollman及其團(tuán)隊(duì)不斷豐富AMBER力場(chǎng)的內(nèi)容，逐步發(fā)展成一個(gè)適用于生物大分子、有機(jī)小分子以及高分子模擬的全面力場(chǎng)體系。RESP電荷方法，即Kollman等人在其開(kāi)創(chuàng)性論文《A well-behaved electrostatic potential based method using charge restraints for deriving atomic charges: the RESP model》中提出的技術(shù)，是當(dāng)前最適合用于柔性小分子模擬的電荷模型。RESP電荷在分子動(dòng)力學(xué)、構(gòu)象分析以及分子對(duì)接等應(yīng)用中展現(xiàn)出了卓越的效果。
在此教程中，我們將帶您深入了解如何使用Gaussian和AmberTools進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電荷計(jì)算。首先，您將學(xué)習(xí)如何使用Gaussian軟件優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，并計(jì)算得到esp電荷。接著，我們將介紹如何利用AmberTools對(duì)這些電荷進(jìn)行RESP擬合，同時(shí)生成所需的Amber力場(chǎng)參數(shù)文件。
通過(guò)本教程，您將掌握從Gaussian優(yōu)化結(jié)構(gòu)到AmberTools計(jì)算RESP電荷及力場(chǎng)參數(shù)的整個(gè)流程，為您的分子模擬提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。請(qǐng)跟隨我們的步驟，充分利用這些強(qiáng)大的工具，提升您的模擬精度和可靠性。
AmberTools24的安裝
從AmberTools的官網(wǎng)下載AmberTools在Linux下的安裝包AmberTools24.tar.bz2。
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力場(chǎng)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
力場(chǎng)的最新內(nèi)容
分子動(dòng)力學(xué)模擬-礦物表面潤(rùn)濕性1個(gè)月前
1，初始模型構(gòu)建：初始模型是氣-水-壁面模型，使用PACKMOL構(gòu)建，使用lammps也可以用lammps建模
2，選擇力場(chǎng)：CO2可用TRAPPE，EPM2力場(chǎng)，H2O用SPC/E力場(chǎng)，油用OPLS-AA力場(chǎng)，黏土礦物用clayff力場(chǎng)
3，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬：能量最小化-平衡動(dòng)力學(xué)-生產(chǎn)動(dòng)力學(xué)
4，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可分析密度分布，擴(kuò)散系數(shù)，相互作用力參數(shù)等
5，提供LAMMPS in文件
基于CP2K模擬銅棒的熔化2個(gè)月前
初始模型的構(gòu)建
啟動(dòng)VMD，首先通過(guò)VMD的Extensions-Modeling-Inorganic Builder模塊構(gòu)建金屬銅棒模型，構(gòu)建的銅棒如圖1所示：
圖1 金屬銅棒模型模型結(jié)構(gòu)
在CP2K的輸入文件中任務(wù)類(lèi)型選擇MD，理論方法采用FIST（分子力場(chǎng)），采用NVT系綜，熱浴采用CSVR，溫度設(shè)為200K，熱浴TIMECON設(shè)為500，步數(shù)STEPS
1，初始模型構(gòu)建：初始模型是 氣體-液體-氣體模型，使用PACKMOL構(gòu)建
2，選擇力場(chǎng)：CO2可用TRAPPE，EPM2力場(chǎng)，油用OPLS-AA力場(chǎng)
3，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬：能量最小化-平衡動(dòng)力學(xué)-生產(chǎn)動(dòng)力學(xué)
4，統(tǒng)計(jì)界面張力數(shù)據(jù)，還可分析密度分布，擴(kuò)散系數(shù)，相互作用力參數(shù)等
5，提供LAMMPS in文件，data文件; GROMACS：mdp，top，inp
——科研到工程：Abaqus Goldak 雙橢球 + FROM FILE 實(shí)現(xiàn)可復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（含 Goldak 熱源 DFLUX ）
適用人群：做焊接/鍵合殘余應(yīng)力/變形預(yù)測(cè)、增材制造熱-力場(chǎng)分析的工程師與研究生
代碼環(huán)境：Abaqus/CAE 2019（Python 2.7），Abaqus/Standard（DFLUX Fortran 子程序）
本文提供 兩個(gè)腳本（Abaqus/CAE
全部流程如下：
1，建立壁面模型(干酪根，石墨烯，二氧化硅，蒙脫石，高嶺石，伊利石，方解石等)；建立原油組分分子結(jié)構(gòu)；建立注入氣(CO2, CH4, N2)的分子結(jié)構(gòu)；
2，賦予干酪根CVFF力場(chǎng)，粘土礦物ClayFF力場(chǎng)，CO2, N2分別用fix rigid設(shè)為剛體，CH4用聯(lián)合原子/OPLS力場(chǎng)，原油組分用OPLS-AA力場(chǎng)。
乙醚，甲苯采用GAFF力場(chǎng)，水分子采用spce水模型。首先用Packmol建立水，甲苯，乙醚分子數(shù)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(jié)果分析
經(jīng)過(guò)能量最小化和10ns的模擬，萃取過(guò)程相分離如圖2所示。剛開(kāi)始體系各相均勻混合，經(jīng)過(guò)1ns后，發(fā)生略微相分離，而模擬到10ns后，幾乎發(fā)生完全的相分離。
通過(guò)建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)及失效機(jī)制的影響，突破傳統(tǒng)試驗(yàn)限制，優(yōu)化設(shè)計(jì)。該研究對(duì)航空熱防護(hù)及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價(jià)值。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維梯度功能材料多孔結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)梯度結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行軸心受壓力學(xué)仿真模擬。
正十六烷采用GAFF力場(chǎng)，水分子采用OPC3 水模型。整個(gè)體系的初始狀態(tài)采用隨機(jī)分布的方式，以保證后續(xù)的模擬符合真實(shí)物理過(guò)程。
計(jì)算方法：本文所有模擬工作均由 Accelrys 公司開(kāi)發(fā)的Materials Studio 軟件包完成，力場(chǎng)為 COMPASS力場(chǎng)，它能夠準(zhǔn)確給出孤立體系和凝聚態(tài)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。
</p><p><strong>（3）矢量分析：</strong>矢量分析是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，主要處理矢量場(chǎng)（如速度場(chǎng)、力場(chǎng)等）的微分和積分運(yùn)算。內(nèi)容包括矢量、矢量場(chǎng)、梯度、散度、旋度等。</p><p><strong>（4）常微分方程：</strong>常微分方程是描述自變量、未知函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)之間關(guān)系的方程。它在物理學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
