耗散粒子動力學
關注創(chuàng)建者：上海庭田信息科技有限公司 創(chuàng)建時間：2023-04-24
耗散粒子動力學的視頻教程
耗散粒子動力學的實例教程
（左圖：初始結構，右圖：變形下的結構（上圖：單鏈，下圖：領域結構））
4、耗散粒子動力學和平均場方法
耗散粒子動力學（DPD） 是CGMD的一種，但其使用允許粒子間相互作用穿越的軟勢使其適用于相分離和填充物分散結構的評估。動力學還包括水動力學效應。在平均場（MF）方法中，聚合物的每個組分表示為一個濃度（體積分數(shù)）場，用于評估相分離動力學甚至是平衡狀態(tài)。它可以與每個組分的擴散和水動力學耦合。特別是，自洽場理論（SCFT）可用于考慮聚合物鏈的形狀。在這些方法中，弗洛里-哈金斯χ參數(shù)用作組分（粒子）之間的相互作用。已經(jīng)提出了使用FAMD和量子化學計算估計此參數(shù)的方法。
圖4（左）顯示了使用DPD計算的聚電解質和水的相分離結構，圖4（右）顯示了使用平均場方法計算的三組分聚合物系統(tǒng)的相分離（核/殼）結構。目標空間尺度為幾百納米。
圖4. 左圖：DPD計算的聚電解質相分離結構，右圖：平均場方法計算的三聚合物組分相分離結構
5、爬行動力學
通過將聚合物鏈以交纏點之間的分子量為單位進行粗粒化，可以計算基于聚合物鏈交纏結構的爬行動力學。方法包括滑動鏈模型和原始鏈網(wǎng)絡（PCN）模型。近年來，滑動彈簧模型[7]能夠將聚合物鏈交纏效應添加到DPD中。
圖5是聚異戊二烯（分子量約48,800）的G'（存儲模量）和G"（損耗模量）的評估。快照中的彎曲點對應于交纏點。
圖5. 通過PCN評估粘彈性（左圖：快照，右圖：主曲線）
6、連續(xù)體模型
使用DPD和平均場方法獲得的相分子結構，可以基于連續(xù)體模型進行有限元方法（FEM）計算，以評估平均彈性模量和熱導率等物理性能。各組分的材料性能作為參數(shù)輸入。
展開 * FHMixing, 基于Molecular Silverware程序，預測二元混合物熱動力學性質的工具。混合物的性質是基于Flory Huggins 理論獲得的。 FHMixing非常適用于快速篩選上百個分子的溶混性，是介觀模擬參數(shù)化的有力工具，例如作為耗散粒子動力學的代碼SciDPD。
* LAMMPS, 最初由美國能源CRADA (Cooperative Research and Development Agreement)聯(lián)合兩家美國能源部實驗室和三家公司研發(fā)的。 它是一個用于計算大規(guī)模體系的經(jīng)典動力學代碼。LAMMPS基于豐富的的力場和邊界條件，可以模擬原子、聚合物、生物、金屬或者顆粒體系。
* MNDO, 由德國Max-Planck-Institut für Kohlenforschung的 Prof. Dr. Walter Thiel's 小組開發(fā)。 MNDO基于半經(jīng)驗方法計算分子有限系統(tǒng)。
* NAMD, 由美國伊利諾伊大學Prof. Klaus Schulten's生物化學理論計算小組研發(fā)。NAMD是一個基于分子動力學快速計算分子結構和分子動力學模擬的代碼。
* QMPOT, QmPot 是一個 QM/MM 和QM/QM引擎。因此，該引擎實現(xiàn)了對由基于量子力學處理的團簇和基于原子間勢函數(shù)處理的環(huán)境結合后的大型體系的描述。而且，通過QmPot，可以將兩種水平的量子力學工具結合在一起。該種方法的成功主要是由于其原子間勢函數(shù)考慮了原子或環(huán)境中的離子的極化率，并且其原子間勢函數(shù)是利用了參數(shù)化第一原理的數(shù)據(jù)。
* SciDPD, 由Dr. Julian C.
展開 圖1 氫鍵網(wǎng)絡致密化策略構建離子凝膠彈性體的設計示意圖和力學性能（a）高密度多級氫鍵網(wǎng)絡結構的示意；（b）彈性模量和韌性；（c）高可拉伸和快速應力恢復性能展示
耗散粒子動力學（DPD）模擬和均方位移（MSD）計算進一步解釋了高密度氫鍵網(wǎng)絡的形成對于離子凝膠彈性體的力學強韌化作用（圖2）。離子凝膠彈性體未發(fā)生形變時高分子鏈和氫鍵處于無序狀態(tài)，在受力拉伸過程中可逐步發(fā)生取向排列（圖2（a-b））。DPD模擬結果表明，離子凝膠彈性體的拉伸強度和斷裂韌性隨著氫鍵密度的增加而增加（圖2（c））。離子凝膠彈性體的氫鍵密度越高，其在拉伸過程中高分子鏈和氫鍵結構越易發(fā)生取向（圖2（d））。MSD間接反映了分子鏈的運動能力（圖2（e）），離子凝膠彈性體在較長時間范圍內表現(xiàn)出擴散行為。擴散系數(shù)Dc（正比于MSD在較長時間時的斜率）隨著氫鍵密度的增加而減小，表明高密度氫鍵的存在限制了離子凝膠彈性體鏈段的運動能力，提高了拉伸強度。
圖2 高密度氫鍵結構離子凝膠彈性體的力學強韌化機制和擴散行為的模擬計算結果 （a）具有5個接枝臂的離子凝膠彈性體的耗散粒子動力學模型；（b）拉伸和恢復過程中高分子鏈和氫鍵結構取向和解取向的示意圖；（c）拉伸條件下隨氫鍵含量增加的應力-應變曲線和（d）高分子鏈有序度-應變曲線；（e）不同氫鍵網(wǎng)絡密度的離子凝膠彈性體分子鏈段隨時間的擴散行為
高密度的多級氫鍵網(wǎng)絡結構，使得所制備的離子凝膠彈性體兼具了高力學強度和鏈段動態(tài)性，能夠同時實現(xiàn)高強高韌和室溫自修復/自粘附等性能。
展開 在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導相分離)是一種生產細多孔膜的技術。在近期發(fā)表的幾篇論文中，考慮了流體力學效應[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。本文給出了MUFFIN模塊中平均場的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數(shù)取自參考文獻[4][6]。如圖1所示，計算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當動力學計算開始時，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會發(fā)生相分離。以這些計算結果為基礎，就能將參考文獻中討論的效應考慮在內。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時間演變，綠色和藍色區(qū)域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 </p><p>（轉載至《細胞吸入微管道的耗散粒子動力學模擬》）</p><p>論文配圖：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/images/202205/aMLW2YEqThA74uPgVG5ett.png"></p><p>comsol流體動圖</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201909/7ffdb524a25246078c8134705a028a51.gif"></p><p><br></p><p>細胞膜在穿過狹道過程中的應力變化，在出口位置出現(xiàn)較大的非線性波動。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/images/202205/cSEYtk66GCBDF2imeiycKD.png"></p><p>細胞總長度變化，過狹道時候被擠壓邊長，穩(wěn)定一段時間。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/images/202205/5id6GxnLsZjZEpRH2rgsvh.png"></p><p><br></p><p><strong>模型文件在文中開頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。</strong></p>
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在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導相分離)是一種生產細多孔膜的技術。在近期發(fā)表的幾篇論文中，考慮了流體力學效應[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。
（左圖：初始結構，右圖：變形下的結構（上圖：單鏈，下圖：領域結構））
4、耗散粒子動力學和平均場方法
耗散粒子動力學（DPD） 是CGMD的一種，但其使用允許粒子間相互作用穿越的軟勢使其適用于相分離和填充物分散結構的評估。動力學還包括水動力學效應。在平均場（MF）方法中，聚合物的每個組分表示為一個濃度（體積分數(shù)）場，用于評估相分離動力學甚至是平衡狀態(tài)。
Ansys 將 Rocky DEM 添加到組合中，擴展和增強多物理場仿真以包括粒子動力學
石頭、糖果和藥片有什么共同點？首先，它們是離散的實體，其次，它們的動態(tài)行為和相互作用是用 Rocky DEM 模擬的。想象一下，了解與設計工程機械系統(tǒng)所需的任何形狀的粒子運動相關的產品質量、運營效率和設備性能所需的復雜性。想象一下，預測成千上萬個粒子在彼此彈跳并穿過混合、分離、分類、粉碎、分散和運輸它們的機器時的相互作用所需的洞察力
DPD
Mesocite
分子力學工具集，粗粒化分子動力學以及耗散粒子動力學兩種方法
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MesoDyn
動態(tài)平均場密度泛函方法
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MesoPro
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晶體、結晶與X射線衍射類
Polymorph Predictor
圖1 氫鍵網(wǎng)絡致密化策略構建離子凝膠彈性體的設計示意圖和力學性能（a）高密度多級氫鍵網(wǎng)絡結構的示意；（b）彈性模量和韌性；（c）高可拉伸和快速應力恢復性能展示
耗散粒子動力學（DPD）模擬和均方位移（MSD）計算進一步解釋了高密度氫鍵網(wǎng)絡的形成對于離子凝膠彈性體的力學強韌化作用（圖2）。
耗散粒子動力學模擬
表明，氫鍵沿拉伸方向的取向提高了機械強度和韌性，這進一步通過均方位移計算形成的致密氫鍵網(wǎng)絡導致的分子鏈運動限制得到進一步證明。結合在寬溫度范圍內的高離子電導率和在各種表面上具有定制粘合強度的自主粘合性，
PAM-r-MVIC 可以很容易地用作具有自粘合性的電容/電阻雙峰傳感器的高度可拉伸和可修復的離子導體，高靈敏度、出色的線性度和出色的耐用性。
<p>一個簡單的例子-模擬水蝕的過程。</p><p>目前采用SPH方法實現(xiàn)單個水平?jīng)_擊金屬涂層基體的過程，具體詳細步驟大家可以自行去研究cae和inp文件，如果有不明白的地方，可</p><p>在此感謝Usim大佬的支持，大家可以搜索會員名字 Usim ，去他的主頁看看，不是一般的NB，動力顯示分析的大手。</p><div contenteditable="false" width
</p><p>（轉載至《細胞吸入微管道的耗散粒子動力學模擬》）</p><p>論文配圖：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/images/202205/aMLW2YEqThA74uPgVG5ett.png"></p><p>comsol流體動圖</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201909
一、SPH法簡介
SPH方法的理論思想源于粒子法，在SPH方法中，所有單元都是由占有獨立空間且具有獨立質量的有限個粒子近似表示的。它本質上基于拉格朗日方法，但又不同于邊界元法和有限元法，無需借助網(wǎng)格。因此，SPH函數(shù)f(X)的積分表達式可表示為支持域內所有粒子疊加求和的離散化形式。
SPH算法現(xiàn)已發(fā)展成為比較成熟的計算三維物理問題的有效方法并被推廣到流體動力學、空氣動力學、切削，高速碰撞大變形等力學分析的各個方面
