Material-Studio建模.docx

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1、铁基块体非晶合金-纳米晶转变的动力学模拟过程DiSCover模块1原子力场的安排在运用DiSCOVer模块建立基于力场的计算中，涉及几个步骤。主要有：选择力场、指定原子类型、计算或指定电荷、选择non-bondcutoffs-在这些步骤中，指定原子类型和计算电荷一般是自动执行的。然而，在某些情形下须要手动指定原子类型。原子定型运用预定义的规则对结构中的每个原子指定原子类型。在为特定的系统确定能量和力时，定型原子使工作者能运用正确的力场参数。通常,原子定型由DiSCOVer运用定型引擎的基本规则来自动执行，所以不须要手动原子定型。然而，在特别情形下，人们不得不手动的定型原子，以确保它们被正确地区

2、置。利DiscoverSetupAiHomdticnTypngEnBW.NonBond：|JObCOntrdlApplyzeVbnQzto:vd&Coulomb*,SUmmatianmethodAtomBased二JQuaikyIMed1.fnMote.HeIP图3-11）计算并显示原子类型：点击EdiI-AlomSeIee1沁n,如图所示AtfimSeieclicoE*SetsFdPatteE弹出对话框，如图所示从右边的的元素周期表中选择Fc,西点SdCCI,此时所建晶胞中全部FC原子都将被选中，原子被红色线圈住即表示原子被选中。再编辑集合，点击Edi1.EditSets.如图所示*yiew

3、ModBuiMIo，UndOZOCfnUiCtrUZ心opyCtrUCgImiKTFfcxw.SctAllCtrl*AAtfimXltCtiOCFdPaeomc弹出对话框见图，点击New.,给原子集合设定一个名字。这里设置为Fe.则3D视图中会显示“Fe”字样，再安排力场：在工具栏上点击DiSCOVer按钮;3,从下拉列表中选择Setup,显示DiscoverSetUP对话框，选择TyPing选项卡。MDiscoverSetupEnGPlNon-BondJobCortiolAutomabcn：T5pr1g：|ForcefieWtypingMdchargingCafcUatefceeWpec:F

4、olCdIeWtypesl1.淞allfcd*WtypesAignCaZcUdtcpvhalc09H*I图3-2DiscoverSetUP对话框TyPing选项卡在FOrCefieldtyPeS里选择相应原子力场，再点ASSign(安排)按钮进行原子力场安排。留意原子力场中的价态要与PropertiesProject里的原子价态(FormaIcharge)一样。2力场的选择1） Energy司DiscoverSetupAiMomdtionTypng|EnCfWINonBondJobConlrd|FocceliddSeteci:8Ca22刃MofeSirgleoirtenergyIndudBHe

5、KianCakdgCIFifes.;二二x二口力场的选择：力场是经典模拟计算的核心，因为它代表着结构中每种类型的原子与围围若它的Maximumiteration：最大迭代数。OptimizeCell选中的话表示优化晶胞参数和原子位置。KSDisoover结构优化JK理分子的势能一般为键合(键长、键角、二面角、扭转角等)和非链合相互作用(静电作用、范镌华作用等)能量项的加和，总势能是各类势能之和,如卜.式:总势能=范s华非键结势能+键伸缩势能+键用弯曲势能+双面角扭曲势能+离平面振动势能+库伦静电势能+除了些简洁的分子以外，大多数的势能是分子中些困难形势的势能的组合。势能为分子中原子坐标的函数，

6、由原子不同的坐标所得到的势能构成势能面(PotentialEnergySurface.PES)势能越低，构象越糕定,在系统中出现的机率越大：反之，势能越高，构象越不稳定，在系统中出现的机率越小。通常势能面可得到很多微小值的位置.，其中对应于股低能板的点称为全局最小值(GlobalEnergyMinimum),相当于分子最稳定的构象。由势能面求最低微小值的过程称为能量最小化(EnergyMinimum),其所对应的结构为最优化结构(OptimizedStructure),能量最小化过程，亦是结构优化的过程。通过最小化算法进行结构优化时,应避开陷入局部最小值(localminimum).也就是避开

7、仅得到某一构象旁边的相时稔定的构象，而力求得到全局最小值，即实现全局优化。分子力学的最小化算法能较快进行能量优化，但它的局限性在于易陷入局部势阱，求得的往往是局部最小值，而要寻求全局最小值只能采纳系统搜寻法或分子动力学法。在MaterialsSludio的Discover模块中，能怅;最小化算法有以F四种：D最陡下降法(SteePCStDescent),为一经典的方法，通过迭代求导，对多变量的非线性目标函数微小化，按能量梯度相反的方向对坐标添加一位移，即能量函数的负梯度方向是目标函数最陡下降的方向，所以称为最陡下降法。此法计算简洁，速度快，但在微小值旁边收敛性不够好，造成移动方向正交.最陡卜降

8、法适用于优化的最初阶段。2)共加梯度法(ConjugateGradient),在求导时,目标函数下降方向不是仪选取最徒下降法所采纳的能M函数的负梯度方向，而是选取两个共规梯度方向，即前次迭代时的能量函数负梯度方向与当前迭代时的能量函数负梯度方向的线性组合。此法收敛性较好，但对分子起始结构要求较高，因此常与最陡下降法联合运用，先用最陡卜.降法优化，再用共规梯度法优化至收敛。3)牛顿方法(Newton),以二阶导数方法求得微小值。此法的收敛很快速，也常与故陡下降法联合运用。4)综合法(SmartMinimizer),该方法可以混合最陡卜降法，共规梯度法和牛撷法进行结构优化，在MS中是可选择的.Sm

9、artMinimizer,牛顿法可以设定最大的原子数，假如体系的原子数大于所设定的值，则计算是会自动地转为前面设定的收敛法(共辄梯度法或最陡下降法)，收敛精度会改为共规梯度法的默认收敛精度值.点开各种方法后面的MOre,可设定收敛精度(ConVergenCe),算法(AlgOrithm)和维搜寻(1.inesearch.指每次迭代中的精度)等.同SmartMinimizer.5SmartMinimizerSteepestDescentCorwegencepCOOkcei/Mol/?1.mSealeh5-1SmartMinimizer-ConjugateGradi.AlgoPressure：给系

10、统所施加的压力。Numberofsteps：整个动力学所运行的总步数。Timpstep：每动力学步臊所花费的时间。Dynamicstime：NumberofstepsTimpstep.TrajectorySave：Coordinates表示保存坐标：FinalStructure表示只保存最终结构；Full表示保存全部。Frameoutputevery：若输入5000.则表示每5000步输出一次体系构型文件.此操作表示结构在200OK的温度下进行弛豫，此过程原子通过迁移、运动或者扩散，逐步降低原来的岛内能态，向稳定的低内能态转变。运行结束后，可以通过调用Animation观看三维动画，见图动画工

11、具条可以限制三维窗口中动画文件的显示。它包含以卜.吩咐:PlayBackwards：倒映动画文件。StepBackwards：每次向后放一帧Stop：停止放映。StepFonvards:每次一帧加速放映。Plav:放映动画。Pause：暂停放映，再按一次后接着放映“AnimationMode：显示动画模式下拉菜单，1.1 系综简介系综(CnSemblQ)是指具有相同条件系统(SyStem)的集合。平衡态的分子动力学模拟，总是在肯定的系综卜进行。系粽是统计力学中特别重要的概念，系统的一切统计特性基本都是以系综为起点推导得到的。实际应用时,要招意选择适当的系踪.如(N,T,P)常用于探讨材痂的相变

12、更等。1)在做正则系综(micrononicalOnSemble)中，模型体系的粒子数N、体积及内能(热力学能E(在热力学通常用U表示内能)。孤立、保守的系统。值得留意的是：体系总能量，即势能和动能的总和，是保持守恒的，帝被用来推断积分的精度固定不变。它对应于绝热过程，即体系与环境没为热交换，不存在温度T和压力P的限制因素“由于体系的能量E是守恒的，体系的动能和势能之间互转化。一般说，给定能量的精确初始条件是无法得到的。能量的调整通过对速度的标度进行，这种标度可能使系统失去平衡，迭代他理达到平衡。2） NVT系综(正则系综)正则系综(canonicalensemble)中,体系的粒子数N、体积

13、V及温度T保持不变，且总动量保持不变。因此正则系综动力学有时也被称为恒温动力学。为了限制体系的温度，就须要设践一个“虚拟”的热浴环境，与体系进行能量交换。常用的热浴(bath)包括:Nose-Hoover.Berendscn.Andersen以及,4velocityscaling(速度标定速方法等。3） NPT系综（恒温恒压系综）恒温恒压系综中，体系的粒子数N、压力p、温度T都是恒定不变的，恒温恒压系综允许体系的“体积”发生变更。这里的体积的变更有两种方式，一种是只变更尺寸而保持形态（比如对J晶体来说，晶格类型维持不变，但是晶胞参数中的a,b,c可以变更），另一种是同时变更形态和尺寸（即晶格类

14、型和晶胞参数都可以变更）。压强P与体枳共和，控压可以通过标度系统的体积来实现。目前有很多谢用的方法都是采纳的这个原理。4） NpH系综（恒焙恒压系综）NPH系粽中体系的粒子数义压力P及体系的培H（H=E+理）是守恒的，例如节流膨胀就是一恒焰过程。在模拟中较少见。5） 2系综控温机制系综的控温：温度调控机制可以使系统的温度维持在给定值，也可以依据外界环境的温度使系统温度发生涨落。个合理的温控机制能够产生正确的统计系综,即调温后各粒子位形发生的概率可以满意统计力学法则。系综控码机制主要有:VelocityScale、Nose,Berendseno.Thermostat下拉菜单有四个：I）YeIOCitySCaIC（干脆速度标定法）：系统温度和粒子的速度干脆相关，可以通过调整粒子的速度使系统温度维持在目标依，实际分子动