Основы моделирования молекулярной динамики

Аннотация

В настоящем учебном пособии представлен базовый материал, необходимый для овладения знаниями и первичными навыками по компьютерному моделированию молекулярной динамики. Пособие включает в себя краткий лекционный материал, раскрывающий ключевые идеи и понятия, описание и примеры компьютерных программ, блок-схем основных процедур молекулярно-динамических расчетов, а также набор задач, связанных как с численными расчетами, так и визуализацией результатов моделирования. При работе с учебным пособием потребуется владение знаниями по классической механике, статистической физике и термодинамике, а также навыки в программировании. Работа с настоящим учебным пособием позволит овладеть навыками по составлению алгоритмов, связанных с моделированием молекулярной динамики; понять физические принципы, лежащие в основе современных вычислительных пакетов по компьютерному моделированию динамики многочастичных систем. Учебное пособие предназначено для студентов бакалавриата и магистратуры физических специальностей высших учебных заведений, а также для аспирантов естественно-научных специальностей, интересующихся реализацией моделирования динамики многочастичных систем.

Содержание

Введение

Глава 1. Реализация метода молекулярной динамики
§ 1.1. Динамика атомов и молекул
§ 1.2. Уравнения движения
§ 1.3. Интегрирование уравнений движения
§ 1.4. Краевые (граничные) условия
§ 1.5. Статистические ансамбли
§ 1.6. Термостатирование и баростатирование

Глава 2. Потенциалы взаимодействия
§ 2.1. Виды потенциалов
§ 2.2. Модели твердых и мягких сфер
§ 2.3. Парные потенциалы Леннард-Джонса и Джугутова
§ 2.4. Трехчастичный потенциал Стиллинжера-Вебера
§ 2.5. Сила и ускорение частиц
§ 2.6. Оптимизация расчетов. Список Верле

Глава 3. Обработка результатов моделирования
§ 3.1. Сохранение и загрузка конфигурации системы
§ 3.2. Визуализация результатов
§ 3.3. Построение графиков в программном пакете Матлаб

Глава 4. Моделирование молекулярной динамики твердых тел и жидкостей
§ 4.1. Этапы моделирования
§ 4.2. Начальные условия. Исходная конфигурация системы
§ 4.3. Функция радиального распределения частиц
§ 4.4. Моделирование фазовых переходов в модельной системе Леннард-Джонса 1

Задания для контроля знаний
Приложение
Литература