基于能量轉(zhuǎn)換速度修正的分子動力學(xué)方法及靜止微納顆粒的受力特性研究.pdf

1、分子動力學(xué)(molecular dynamics，MD)模擬已成為研究微米或納米尺度動力學(xué)、流體及固體統(tǒng)計特性的重要工具。目前，分子動力學(xué)主要分為兩大類:平衡分子動力學(xué)(equilibrium molecular dynamics，EMD)和非平衡分子動力學(xué)(nonequilibrium molecular dynamics，NEMD)。本文針對MD模擬提出一種新的基于能量轉(zhuǎn)換的速度修正法（energy conversion based

2、 correction，ECBC）。不同于傳統(tǒng)的依賴于宏觀參數(shù)的系統(tǒng)性速度修正方法，ECBC方法基于分子或原子對間的相互作用物理過程中的能量守恒與轉(zhuǎn)換特性發(fā)展而來。采用ECBC修正方法進行MD模擬時，由于不用施加額外勢能或引入溫度等宏觀參數(shù)，因此毋需針對NEMD采用特殊的處理方法即可直接用于EMD和NEMD模擬，特別是非保守（開放）系統(tǒng)的MD模擬。該方法突破了現(xiàn)有MD計算方法基于保守平衡系統(tǒng)思想引起的許多應(yīng)用限制，可以極大的拓展MD應(yīng)用

3、范圍。
　　微納顆粒在流體中的布朗運動主要取決于流體分子對顆粒的作用力。由于顆粒尺寸極小，并且流體分子與其碰撞頻率極高，因此難以通過實驗手段測得顆粒所受布朗力。本文采用MD方法研究作用于顆粒的布朗力，發(fā)現(xiàn)一些很有意義的新現(xiàn)象:(1)對于不同的1/Kn數(shù)，布朗力的概率分布都符合高斯分布且具有自相似性;(2)與常用于郎之萬模型不同，布朗力的頻譜圖并非白噪聲，而是具有優(yōu)先頻率的類似對數(shù)正態(tài)分布的噪聲;(3)隨著微納顆粒的尺寸變化，作用于