再生剂与老化沥青微观作用机理

采用分子动力学模拟方法,根据老化沥青体系溶解度参数变化规律,研究了再生剂组分对老化沥青相容性的影响;通过体系的相互作用能分析,探讨了再生剂组分对老化沥青再生的作用机理。结果表明,芳香分有助于改善老化沥青的相容性,且芳香分掺量越大改善效果越好;饱和分则刚好相反,这与实验结论相一致。芳香分与老化沥青相互作用能随掺量增大而急剧增大,意味着两者相互吸引作用显著增强,其原因在于静电相互作用能占据主导地位,范德华相互作用能相对较小;然而饱和分与老化沥青的相互作用能随掺量变化不大,其中静电相互作用能和范德华相互作用能几乎各占一半贡献。分子间的静电相互作用能是影响老化沥青再生的主要因素。     

Atomic scale imaging of monocrystalline Si （001） surface by molecular dynamic simulation

Non-contact atomic force microscopy(nc-AFM) atomic-scale imaging process of monocrystalline silicon surface using capped single-wall carbon nanotube tip is simulated by molecular dynamic method. The simulation results show that the nc-AFM imaging force mainly comes from the C-Si and C-C chemical covalent bonding forces, especially the former, the nonbonding Van der Waals force change is small during the range of stable imaging height. When the tip-surface distance is smaller than the stable imaging height, several neighboring carbon atoms at the tip apex are attracted, and some of them jump onto the sample surface. Finally the tip apex configuration is destroyed with the tip indenting further.     

基于LAMMPS系统的集群运算系统架构

为解决分子动力学计算系统LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）运算数据量大、不易控制的问题,应用云计算方法,设计了智能化、高效化的集群LAMMPS运算系统架构。该架构将FTP（File Transfer Protocol）存储技术、UDP（User Datagram Protocol）快速网络传输、LAMMPS分子动力学计算技术相结合,降低了运算过程中的人工干预,提高了分子模型处理效率,并为分子级别物理、化学的计算机仿真研究提供了新的集群化解决方案。     

GROMACS 2020在ROCm平台上的移植与优化

GROMACS是应用广泛的开源分子动力学模拟软件,当前主要通过CUDA使用NVIDIA GPU进行加速计算。ROCm是一个开源的高性能异构计算平台。基于ROCm平台的HIP编程语言,首次实现了GROMACS 2020系列在ROCm平台上的完整移植。在MI50 GPU上,以一个复杂离子液体模拟算例为目标,使用GPU性能分析工具rocprof对移植代码进行了性能分析。针对MI50硬件特性,先后对成键力核函数、静电力的PME核函数和短程非成键力核函数进行了优化,优化后运行目标算例的性能相比初始版本整体上获得了约2.8倍的加速比,在 MI50上的性能高于GROMACS原版OpenCL代码60.5%,相对纯CPU版本有约2.7倍的加速比。在另外2个具有代表性算例的单结点测试以及离子液体算例的多结点扩展性测试中,优化后的代码也达到了较好的性能提升,这表明所采用的优化操作具有一定的通用性。     

多层石墨烯的粗粒化分子动力学模型与力学性能

为了有效研究多层石墨烯等石墨烯集合体的力学性能,避免由于实验难度大、全原子计算成本高等带来的困难,基于Tersoff势函数提出一种可用于计算大规模石墨烯的粗粒化分子动力学方法。该方法计算时只需输入原子坐标,大大减少了模型的数据处理,提高了计算效率。通过与全原子模型计算结果比较,本文提出的粗粒化分子动力学方法可以准确预测多层石墨烯的拉伸破坏性能,对制备高性能石墨烯纤维有一定的指导意义。     

苯并吡喃酮类化合物与Skp2蛋白的分子识别及其抑制机理

S期激酶相关蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2,Skp2)与Skp1形成的蛋白质聚合物在调控癌细胞生长周期中发挥着重要作用,而苯并吡喃酮类抑制剂(简称BPC)可有效抑制Skp1-Skp2的形成,但其分子识别机制尚不明确.通过生物信息学统计分析已报道的Skp1-Skp2晶体结构,确定模拟体系后,首先用同源模建对其模拟体系缺失的结构进行补全;然后用分子对接方法获得Skp1-Skp2-BPC复合物模型并用于后续分子动力学模拟.计算结果表明:疏水相互作用是促使BPC特异性结合在由Skp2 W109、D110、L117、I120、R138和W139所构成口袋中的主要驱动力,自由能计算值与实验数据吻合较好.Skp2结合BPC后,结合口袋周围的氢键网络有所加强,口袋附近的溶剂化水分子数量明显减少,导致Skp1-Skp2的体系稳定性下降.体系构象成簇与运动性分析显示,Skp1-Skp2在结合BPC抑制剂后,Skp1的运动更加剧烈,这可能是BPC主要的抑制机理.     

蛋白质折叠的计算机模拟研究进展

蛋白质折叠是结构生物学领域有待解决的重要科学问题,计算机模拟方法是研究蛋白质折叠的主要手段之一.对蛋白质折叠的计算机模拟研究进展进行了简要介绍,主要内容包括:全原子分子动力学模拟、Gō模型以及弹性网络模型的主要思路及其在蛋白质折叠研究中的应用.     

基于碳纳米管的三维纳米结构及其力学性能预测

为了充分发挥碳纳米管优异的性能,在理论上设计出一种碳纳米管三维纳米结构,该三维纳米结构通过小直径碳纳米管和大直径碳纳米管连接而成.利用第一性原理对其进行了稳定性验证,通过分子动力学对不同直径的碳纳米管构建的三维纳米结构的拉伸和压缩力学性能进行了预测,发现该三维纳米结构的弹性模量可以达到185~260 GPa,强度可以达到67~97 GPa;由于支撑管的存在,压缩载荷作用下该三维纳米结构相较于无支撑结构更加稳定.     

纳米间隙润滑剂季戊四醇四酯的压缩性能分子动力学模拟

季戊四醇四酯(Pentaerythritol tetra(2-ethylhexanoate),PETE)是良好的环境友好润滑剂。采用聚合物一致性力场(PCFF),分别在2种温度、3种初始油膜厚度和8种压力下对纳米间隙中PETE的压缩性能进行分子动力学模拟,研究润滑剂分子和密度的分布规律,并与经典宏观压缩试验得出的Tait方程计算值进行比较。结果表明,随着初始油膜厚度的增加,分子动力学模拟结果越接近Tait方程计算值,当初始油膜厚度为9.17 nm时,相对误差小于5%。在压缩过程中,油膜厚度和润滑剂的可压缩性能随着压力的增大而减小。对于不同初始油膜厚度的油膜,其压缩性能相近。由于PETE的分子结构中有较多且较长的支链,各方向尺度没有太大差异,受压缩后,除了接近固体壁面处有润滑剂原子聚集,其他地方不存在分层现象,且润滑剂与固体壁面之间不存在明显的空隙。     

水对室温熔盐[Bpy]BF_4结构与性质的影响

采用分子动力学模拟方法研究了298.15 K、0.1 MPa下摩尔分数为0.05~0.95的水对室温熔盐1-丁基吡啶四氟硼酸([Bpy]BF4)结构与性质的影响.获得了体系的径向分布函数、配位数和空间分布函数等微观结构及其密度、自扩散系数、电导率和粘度等物理化学性质.模拟密度与实验结果符合很好;体系中各组分间的径向分布函数和配位数均随水摩尔分数的增加有规律的变化;获得了各组分之间的三维空间分布情况;随水摩尔分数的增加,阴阳离子之间的相互作用被削弱,同时水与阴离子、阳离子及水分子之间的相互作用逐渐增强,水、阴离子和阳离子的自扩散系数增大,体系粘度降低,电导率升高.研究工作揭示了水对[Bpy]BF4中各组分的存在形式、相互作用及其对体系物理化学及输运性质的影响,为其在冶金与材料制备方面的应用提供理论依据和参考.