خرید ارزان شبیه سازی مولکولی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : Word (..docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحه : 30 صفحه

قسمتی از متن Word (..docx) :

شبیه سازی مولکولی به روش هایی گفته می شود که با در نظر گرفتن مولکولهای یک سیستم و مدل بر هم کنش آنها و محاسبه موقعیت ها و سرعت های آن ذرات در هر لحظه از زمان و استفاده از روابط مکانیک آماری خواص ماکروسکوپی سیستم را محاسبه می کند. شبیه سازی های کامپیوتری نقش ارزشمندی در پاسخ دقیق به مسائل آماری دارند که فقط بوسیله روش های تقریبی قابل حل هستند. بدین ترتیب شبیه سازی کامپیوتری روشی برای آزمایش نظریه های مختلف مکانیک آماری است علاوه بر این نتایج شبیه سازی های کامپیوتری را می توان در حد نتایج آزمایشهای واقعی دانست. روش شبیه سازی ملکولی به عوض تلاشی جهت استنتاج رفتار میکروسکوپی از مشاهدات آزمایشگاهی، دیدگاه سازنده ای را دنبال می کند که در آن سعی می شود با استفاده از سیستم های مدل رفتار میکروسکوپی بازسازی شود. بدین ترتیب این گونه روش ها می توانند به منظور آزمایش مدل های ارائه شده مولکولی به کار روند و یا با استفاده از مدل های تایید شده برای محاسبه خواص مدل مورد استفاده قرار گیرند. این نقش دوگانه شبیه سازی به صورت پلی میان مدلها و پیش بینی های نظری از یک سو و مدل ها و نتایج آزمایشگاهی از سوی دیگر است. تفاوت بین شبیه سازی کامپیوتری و سایر محاسبات در نحوه استفاده از کامپیوتر است. در شبیه سازی، کامپیوتر تنها یک محاسبه گر نیست بلکه آزمایشگاهی مجازی که در آن یک سیستم بررسی می شود . شکل 2- 1- صفحه 5 کتاب آن به همین دلیل از تکنیک های شبیه سازی کامپیوتری به عنوان آزمایشهای کامپیوتری نیز یاد می شود. شبیه سازی کامپیوتری ارتباط مستقیمی بین جزئیات میکروسکوپی یک سیستم (جرم اتم ها، بر هم کنش های بین آنها، شکل هندسی مولکولها و .....) و خواص ماکروسکوپی قابل اندازه گیری (معادله حالت، ضرایب انتقالی، پارامترهای نظم ساختاری و ....) برقرار می سازد که این کمیت ها علاوه بر اهمیت آکادمیک در صنعت نیز از اهمیت خاصی برخوردار می باشند. انجام این آزمایشات تحت شرایط دما و فشار بسیار بالا می تواند با دشواری همراه باشد. در صورتی که انجام این گونه آزمایشات بوسیله شبیه ساز کامپیوتری کار بسیار ساده تری است. تعیین جزئیات ساختار و حرکت مولکولها به عنوان مثال در واکنش های کاتالیستی ناهمگن، انتقال یون سریع یا واکنش های آنزیمی بوسیله روش های آزمایشگاهی بسیار سخت است در حالی که به سادگی می توان این نتایج را از شبیه سازی کامپیوتری استخراج نمود. سرعت زیاد بعضی از رخدادها در واکنش ها یا سیستم های شیمیایی هر چند که تشخیص آزمایشگاهی آنها را با مشکل روبرو می کند. در شبیه سازی مولکول یک نقطه سادگی محسوب می گردد. یعنی رخدادهایی با سرعت بیشتر با سهولت بیشتری شبیه سازی می گردد. گستره وسیعی از پدیده های می تواند بوسیله شبیه سازی کامپیوتری مورد مطالعه قرار گیرد. 3- 1- شبیه سازی تعیینی و تصادفی یک شبیه سازی در مقیاس مولکولی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: الف) ساختن مدل مولکولی ب) محاسبه مسیرهای مولکولی ج) تجزیه و تحلیل این مسیرها برای بدست آوردن مقادیر عددی خواص مورد نظر وظیفه واقعی شبیه سازی مولکولی قسمت دوم است. بر اساس شیوه محاسبه موقعیت های مولکولی rN در قسمت دوم می توان روشهای شبیه سازی را از هم تفکیک نمود. روش های شبیه سازی دینامیک مولکولی بر پایه حل معادلات حرکت مولکولی به منظور تولید پیکربندی های جدید استوار می باشد در نتیجه شبیه سازی های دینامیک مولکولی را می توان برای بدست آوردن خواص وابسته به زمان مورد استفاده قرار داد. در حالی که روش مونت کارلو بر پایه احتمالات است. بدین صورت که یک پیکربندی آزمایشی بطور تصادفی تولید می گردد. سپس این پیکربندی سیستم بوسیله معیارهایی برای مقبولیت یا عدم مقبولیت آن بوسیله محاسبه تغییر انرژی و خواص دیگر در پیکربندی آزمایشی ارزیابی می گردد. و سرانجام با مقایسه کل پیکربندی های تولید شده و پیکربندی های پذیرفته شده یا رد شده و استفاده از میانگین گیرهای مجموعه ای خواص مولکولی محاسبه می گردد. در بعضی روش های دیگر موقعیت ها با استفاده از یک روش ترکیبی بدست می آید. به گونه ای که مانند روش مونت کارلو تا حدی بصورت تصادفی است و از طرف دیگر مانند MD دارای خاصیت تعیینی است. روش های مختلف را می توان بر اساس میزان خاصیت «تعیینی» آنها در تولید موقعیت های مولکولی به صورت زیر مرتب کرد. شکل صفحه 19- پایان نامه دکتر یگانگی در شبیه سازی دینامیک مولکولی، موقعیتهای مولکولی rN از حل عددی معادلات حرکت بدست می آیند. بنابراین موقعیتها از نظر زمانی به همدیگر متصل هستند. در روشهای دیگر شبیه سازی موقعیتهای مولکولی از نظر زمانی به یکدیگر وابسته نیستند. به عنوان مثال در شبیه سازی «مونت کارلو» موقعیتها به صورت تصادفی تولید می شوند به طوری که ساختاری مولکولی rN فقط به ساختار قبلی بستگی دارد. وقتی که نتیجه یک واقعه تصادفی در یک رشته فقط به نتیجه واقعه قبلی بستگی داشته باشد به آن رشته یک «زنجیر مارکوف» می گویند. در بعضی روشهای دیگر موقعیتها با استفاده از یک روش ترکیبی بدست می آید. به گونه ای که مانند روش مونت کارلو تا حدی به صورت تصادفی است و از طرف دیگر مانند MD دارای خاصیت تعیینی است. روشهای مختلف را می توان بر اساس میزان خاصیت «تعیینی» آنها در تولید موقعیتهای مولکولی به صورت زیر مرتب کرد. 2- 3- 1- شبیه سازی مونت کارلو MC روش تصادفی خالص مونت کارلو به سیستم با تعداد مولکول ثابت N در حجم ثابت V که در دمای ثابت T نگه داشته می شود، صورت می گیرد. فرآیند شبیه سازی از روش عمومی مونت کارلو برای محاسبه انتگرالهای چند بعدی استخراج شده است. انتگرالها در اینجا متوسطهای مکانیک آماری روی. در زیر الگوریتم کلی برای روش مونت کارلو و دینامیک مولکولی ارائه گردیده است. الگوریتم 1-1- قسمتهای اصلی شبیه سازی مونت کارلو تولید یک پیکربندی اولیه: قسمت اول تولید یک زنجیره مارکوف برای چرخه ها: قسمت دوم تعداد چرخه ها N 1000 ← i: LOOP یک پیکر بندی جدید تولید کن احتمال انتقال از حالت اولیه به این پیکربندی تصادفی را تعیین کن W یک عدد تصادفی بین 1 تا صفر را انتخاب کن R If (W> R) then حرکت مورد قبول است Else حرکت مردود است End if End LOOP الگوریتم 2- 1- قسمتهای اصلی دینامیک مولکولی تولید یک پیکربندی اولیه: قسمت اول شبیه سازی به مدت tMax: قسمت دوم LOOP یک پیکربندی جدید توسط حل معادلات حرکت تولید کن بوسیله میانگین گیری زمانی کمیت های مورد نظر را محاسبه کند (time ≥ t Max) در حالی که 3- 2- مدل شبیه سازی به منظور شبیه سازی یک سیستم مولکولی ابتدا باید از بر هم کنش بین ذرات آن سیستم و بر هم کنس بین ذرات و محیط اطلاعات صحیح در دسترس باشد. برای بدست آوردن این اطلاعات از یک مدل استفاده می شود. این مدل شامل یک انرژی پتانسیل بین مولکولی یا معادل آن تابع نیروی بین مولکولی است. بطور کلی می توان انرژی پتانسیل یک سیستم متشکل از N اتم را به صورت مجموع جملاتی متشکل از پتانسیل ذرات انفرادی، جفتی، سه تایی و غیره به صورت رابطه ( ) در نظر گرفت. (1- 4)
که در آن
دلالت بر جمع روی همه جفت ذرات j, I بدون احتساب جملات تکراری دارد. اولین جمله در معادله (1- 4) u1 (ri) اثر یک میدان خارجی بطور مثال دیواره های ظرف روی سیستم را نشان می دهد. بقیه جملات به بر هم کنش های ذرات می پردازند. بر اساس این جداسازی بر هم کنش بین مولکول و بر هم کنش سیستم محیط مستقل از هم هستند. جمله دوم u2، پتانسیل جفتی مهم در این جمله است پتانسیل جفتی فقط به اندازه جدایی بین ذرات rij = | ri – rj | بستگی دارد. بنابراین می توان آن را به صورت u2 (ri j) نشان داد. جمله سوم در معادله ( ) مربوط به بر هم کنش سه تایی مولکولهاست که در دانسیته های مایع اهمیت پیدا می کند. جمله 4 ذره ای و بالاتر در معادله ( ) در مقایسه با u3, u2 اندازه بسیار کمتری دارند. احتساب جملات سه ذره ای و بالاتر موجب طولانی شدن بسیار زیاد شبیه سازی کامپیوتری می گردد. بدین منظور در اکثر شبیه سازی این جملات منظور نشده اند و به جای آنها در پتانسیل های جفتی موثر استفاده گردیده است. ( )
معیار صحت این پتانسیل باز تولید صحیح نتایج آزمایشگاهی است. 3-3- مبانی شبیه سازی دینامیک مولکولی شبیه سازی دینامیک مولکولی دارای دو شکل کلی است. یک روش برای سیستم های در حال تعادل و دیگری برای سیستم های غیر تعادلی. شبیه سازی دینامیک مولکولی آن گونه که توسط آلدر وینرایت طراحی شد، معمولاً برای یک سیستم منزوی که حاوی تعداد ثابت در حجم ثابت V است به کار می رود. چون سیستم منزوی است انرژی کل آن E ثابت است که E در اینجا انرژی های جنبشی و پتانسیل مولکولهاست. بنابراین متغیرهای E, N, V ثابت هستند و حالت ترمودینامیکی را تعیین می کنند. روش شبیه سازی دینامیک مولکولی تعادلی در اوایل دهه 1980 [39- 46 (دکتر یگانگی)] ابداع شدند. در این روش پاسخ سیستم به یک میدان مختل کننده اندازه گیری می شود و سپس این پاسخ به ضرایب انتقالی مرتبط می شود. روش NEMD را به نوبه خود می توان به دو دسته کوچکتر تقسیم کرد: الف) شبیه سازی دینامیک مولکولی غیر تعادلی مستقیم: (DNEMD): که در آن شرایط انرژی تناوبی با شرایط فردی دیگری تعویض می شود و جریانی از خواص فیزیکی در سیستم بوجود می آید. این روش بر اساس مشابهت سازی با روش های آزمایشگاهی طراحی می گردد وضعیتی همانند وضعیت واقعی بوجود می آید.