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【J-OCTA教程】1.1 J-OCTA分子動力學軟件概述.mp4
J-Octa分子動力學軟件概述 多尺度仿真技術是新材料研發的有效手段。作為一種全球趨勢，不僅化工制造商，汽車、航空航天和電氣制造商也在將分子到微米尺度的模擬應用于材料設計。 本視頻我們將討論模擬方法和應用案例。J-OCTA是基于OCTA系統的，OCTA系統是20年前在日本作為國家項目開發的。J-OCTA與機器學習相結合，稱為材料信息學。
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J-OCTA分子動力學軟件概述
J-OCTA是基于OCTA系統的，OCTA系統是20年前在日本作為國家項目開發的。J-OCTA與機器學習相結合，稱為材料信息學。與大家分享了J-OCTA的歷史、用戶趨勢和最新技術。
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J-OCTA軟件作為分子動力學計算軟件，通過對材料從原子級別到微米級別的模擬計算實現對幾乎所有材料的分析。本文主要講述該軟件在材料研發領域的表現，著重介紹J-OCTA通過建模、求解、分析等功能在材料多尺度仿真方面的重要作用。
（圖1：離子液體的MD模擬）
（圖2：全原子及粗粒化模型示意圖）
J-OCTA作為計算軟件優于其他軟件的地方在于J-OCTA中所有輸入數據和計算結果都對用戶開放，便于定制運算。其他商業軟件（如Materials Studio,簡稱MS）的數據通常以二進制格式存取，不會公開，只可作為黑箱使用。
J-OCTA通過開源多尺度仿真平臺用UDF文本傳遞數據、利用并行求解器+功能擴展及外部擴展器解析，將所有所有功能集成到GUI界面中，為用戶使用提供了較大便利。
（圖3：軟件架構）
除此外，J-OCTA在材料研發領域還有很多區別于其他同類軟件的優勢。
1. 速度快：VSOP和LAMMPS在同類軟件中的計算速度較快，用戶可以使用VSOP和LAMMPS進行大規模的計算(原子數超過100K+)，計算效率是MS軟件的N倍（實測N＞5）。
（圖4：由1200萬個粒子組成的大規模復合材料模型）
2. 精度高：J-OCTA的內置工具可以通過量子化學的計算結果對力場參數進行優化。此外，支持EAM（金屬）、PCFF（聚合物）、混合（EAM+LJ）等多種力場。
（圖5：分子二面角勢能優化）
3. 反應快：根據量子化學計算結果，可以在MD(VSOP)中進行反應模擬。J-OCTA內置GUI可以簡單便捷地設置反應位點。更重要的是，計算效率是MS軟件的幾十倍（1天vs2個月），物超所值！
（圖6：環氧樹脂的固化反應）
4.
展開 導語：作為一款跨尺度分子動力學軟件，J-OCTA能夠從原子級到微米級的范圍內對橡膠、塑料、薄膜、涂料及電解質材料等的開發所需的材料特性進行預測的“材料物性分析軟件”。也可以將其作為“知識發現工具”用來理解那些在實驗中無法完全把握的復雜現象和材料物性。
計算物理學作為探索微觀和納觀世界的規律方法，使研究人員更加細微的掌握復雜材料特性和現象，而這些現象是無法通過實驗結果獲得的。
J-OCTA作為一款跨尺度分子動力學軟件能夠實現從本質上理解材料組分與性能間的關系。更能從原子級到微米級的范圍內對橡膠、塑料、薄膜、涂料及電解質材料等的開發所需的材料特性進行預測。J-OCTA通過在共享平臺上與面向各尺度開發的模擬器合作，為材料設計與新材料開發提供最尖端的技術支持。
（圖1：軟件架構）
J-OCTA作為計算軟件優于其他軟件的地方在于J-OCTA中所有輸入數據和計算結果都對用戶開放，便于定制運算。J-OCTA通過開源多尺度仿真平臺用UDF文本傳遞數據、利用并行求解器+功能擴展及外部擴展器解析，將所有所有功能集成到GUI界面中，為用戶使用提供了較大便利。
（離子液體的MD模擬）
（全原子及粗粒化模型示意圖）
如果您對分子動力學或J-OCTA軟件產生興趣，我們誠摯的邀請您參與我們于10月將開展的《全生命周期材料解決方案：J-Octa 與 Avizo 的多尺度分析研討會》，本次活動我們將攜手JSOL公司與賽默飛世爾科技MSD材料結構部門（原FEI公司）共同舉辦，并匯集新材料及其CAE行業的領先人物，這是一場專業的學術盛會，將為您提供前沿知識和優質的交流平臺。
展開 J-OCTA軟件作為分子動力學計算軟件，通過對材料從原子級別到微米級別的模擬計算實現對幾乎所有材料的分析。本文主要講述該軟件在材料研發領域的表現，著重介紹J-OCTA通過建模、求解、分析等功能在材料多尺度仿真方面的重要作用。
[7] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
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J-OCTA的溶解度模塊可根據超額化學勢值計算溶解度系數。
目的和方法
溶解度系數是評估聚合物滲透率的一個重要因素。J-OCTA的溶解度模塊可以計算出超額化學勢 μex和分子溶解在聚合物中時的溶解度系數S。在計算超額化學勢時，該模塊中的采樣效率使用排除體積圖采樣（EVMS）法[1]。
s: 無量綱溶解度 即亨利常數
kB: 玻爾茲曼常數
T: 聚合物體系的溫度
T0: 標準條件溫度
p0: 標準條件下的壓力
在本案例中，我們計算了三種聚合物（圖1）中的氣體分子（N2, O2, CO2和CH4）和水的溶解度系數。聚合物有50個單體單元，使用GAFF作為力場。氣體分子采用Dreiding力場，水分子采用SPC-FW模型。用NPT系綜對聚合物進行了3ns的MD模擬弛豫，并計算溶解度系數。
圖1 用于計算的聚合物
模擬結果
我們計算了聚合物中氣體分子和水的溶解度系數，結果如圖2所示。在聚合物中，PS的溶解度較高。在氣體分子中，非極性N2和O2分子的溶解度較低，CO2分子溶解度較高，模擬結果與實驗結果基本吻合。
圖2 溶解度系數計算值與實驗值的比較
PE、PS、PB和水的實驗值分別取自文獻[2-5]。
參考文獻
[1] G. L. Deitrick,L.E.Scriven, and H.T.Davis, J. Chem. Phys., 90,2370 (1989)
[2] A. S. Michaels and H. J. Bixler, J. Polym. Sci., vol. 50, no. 154, pp. 393–412, 1961.
[3] W. R. Vieth, P. M.
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通過精心設計的展板與專業講解，團隊系統呈現了在復合材料領域的核心仿真技術與解決方案：從基于 Digimat 軟件的復材多尺度非線性本構預測，到 Fibersim 軟件實現的 "從設計到制造" 全流程智能開發，再到 J-OCTA 軟件支持的材料特性多尺度精準預測，全方位展現了仿真技術在復合材料研發中的核心價值。
J-OCTA軟件作為分子動力學計算軟件，通過對材料從原子級別到微米級別的模擬計算實現對幾乎所有材料的分析。
[圖片]
材料的彈性特征可以使用剛度矩陣來進行完全描述。剛度矩陣中任意元素都可以根據由第一性原理計算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個用立方體結構來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結構的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
由于立方晶體具有對稱性，使用SIESTA模擬軟件計算可得該模型中有3個獨立元素：C11C11，C12C12，和C44C44
材料的彈性特征可以使用剛度矩陣來進行完全描述。剛度矩陣中任意元素都可以根據由第一性原理計算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個用立方體結構來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結構的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
由于立方晶體具有對稱性，使用SIESTA模擬軟件計算可得該模型中有3個獨立元素：C11C11，C12C12，和C44C44
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(文章來源：轉載自J-Octa官網）
相關產品鏈接：http://www.anscos.com/jocta.html
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在拉伸過程中上壁壓力和孔隙率之間的關系
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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
本文使用J-OCTA中內置的粗粒化勢構建功能，建立聚碳酸酯（PC）的粗粒化模型。使用粗粒化MD進行單軸拉伸計算，并將其反向映射到全原子模型（圖1）。
在松弛之后，使用J-OCTA的流程函數進行了雙折射性質評估，與[1]中類似。圖2顯示了在拉伸變形下雙折射性質的變化：與FAMD相比，CGMD可以處理較慢的變形速度；當速度降低到0.1 m/s時，模擬值與文獻[3]中的實驗值接近。
