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

1、分子動(dòng)力學(xué)(molecular dynamics，MD)模擬已成為研究微米或納米尺度動(dòng)力學(xué)、流體及固體統(tǒng)計(jì)特性的重要工具。目前，分子動(dòng)力學(xué)主要分為兩大類(lèi):平衡分子動(dòng)力學(xué)(equilibrium molecular dynamics，EMD)和非平衡分子動(dòng)力學(xué)(nonequilibrium molecular dynamics，NEMD)。本文針對(duì)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(lài)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(duì)間的相互作用物理過(guò)程中的能量守恒與轉(zhuǎn)換特性發(fā)展而來(lái)。采用ECBC修正方法進(jìn)行MD模擬時(shí)，由于不用施加額外勢(shì)能或引入溫度等宏觀參數(shù)，因此毋需針對(duì)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(kāi)放）系統(tǒng)的MD模擬。該方法突破了現(xiàn)有MD計(jì)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(yùn)動(dòng)主要取決于流體分子對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)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(duì)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(wàn)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(lèi)似對(duì)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