基于反应力场分子模拟的乙烯燃烧自由基与氮气相互作用研究

采用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)方法,模拟了富燃料条件下乙烯在空气中的燃烧以及燃烧产生的自由基与氮气的相互作用.采用ReacNetGenerator程序提取反应网络,结合自编后处理程序确定反应网络上的相关反应,分析了乙烯燃烧的反应路径,以及自由基与N_(2)的相关反应和NO的生成路径.结果表明,乙烯燃烧路径与已报道的通过乙烯燃烧反应机理模拟得到的燃烧路径一致,说明用ReaxFF-MD方法模拟乙烯高温燃烧有效而可靠;乙烯在富燃料条件下燃烧产生的CH,C_(2)H,C_(2),C_(2)O自由基是瞬发型NO生成的重要反应物.这些自由基与N_(2)的反应和NO的生成路径,为构建乙烯和大分子碳氢燃料燃烧氮氧化物排放的反应机理提供了重要参考.

基于分子模拟的分子力场对沥青体系典型组分适应性研究

分子模拟技术在沥青微观机理研究中的应用广泛,但尚未建立适用于沥青的分子结构理论和力场。文中以量子力学计算结果为基准,比较研究了将分子力场应用于沥青组分分子的结构参数(如键长、键角)和电荷参数与理论结果的偏差,以验证分子模拟力场对沥青分子体系的适应性和准确性。研究结果显示,分子结构参数与量子计算结果的偏差主要来自于对杂原子基团的电负性和共轭效应的描述,整体上偏差较小。3种力场对沥青分子体系研究均具有一定的适应性,其中,在键长、电荷方面的参数与量子力学计算结果较为接近。就沥青体系的键长、键角2种分子结构参数的分配而言,UFF力场综合表现略好,COMPASSⅡ力场次之;就电荷参数的分配而言,COMPASSⅡ力场准确性略高,UFF力场次之,Dreiding力场略低。总体而言,COMPASSⅡ力场及UFF力场对沥青分子体系研究的适应性及准确性更高。

基于CoMFA方法对氟喹啉-4-酮衍生物的分子建模与设计

基于比较分子力场分析法(CoMFA),建立了16个已知活性的氟喹啉-4-酮衍生物抗肝癌活性(K_(S))的三维定量构效关系(3D-QSAR)模型,并研究该类结构与生物活性之间的关系.CoMFA模型的交叉验证系数(Q^(2))为0.338,拟合验证系数(R^(2))是0.987.此3D-QSAR模型的预测值与实验值基本一致,表明该模型具有显著的统计学可靠性和预测能力.该模型中立体场、静电场贡献率依次为41.9%、58.1%.根据3D-QSAR模型分析结果进行分子设计并完成活性预测,预测结果印证了分析的合理性,为该系列化合物的结构优化提供了合理建议.

基于化学键偶极的精氨酸分子力场参数的建立

探讨了一种新的诱导化学键偶极计算方法并确定了相关参数,并将其应用于计算质子化精氨酸侧链或质子化精氨酸片段与水分子形成的团簇的二体和三体相互作用能.通过与已有的AMOEBAbio18方法进行比较,发现新方法在预测团簇相对稳定性方面表现出了良好的性能,且在计算效率上具有明显优势.此外,该方法在其他随机团簇的相互作用能计算中也展现了令人满意的准确度.总的来说,本研究为分子模拟和计算化学领域提供了一种可靠的计算方法,有望在药物设计和生物化学研究中具有广泛的应用前景.

航空发动机钛合金分子动力学计算技术研究进展

未来航空发动机推重比等性能不断提升,对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显,对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学(molecular dynamics,MD)计算技术以原子/分子模型为计算对象,在引入牛顿经典力学与经验参数的基础上,较量子计算方法大幅度提高了计算效率,从而成为实现航空发动机钛合金工艺参数优化与组织性能计算的重要技术途径。本文在概述MD计算空间与时间尺度优势基本原理的基础上,重点介绍通过MD计算方法研究钛合金成形制造、微观组织与结构、力学与热力学性能、材料设计和力场开发等方面的研究进展,以及有助于航空发动机钛合金耐高温性能提升的代表性结论。最后结合航空发动机钛合金对MD计算技术的需求,展望未来研究方向,指出基于MD计算方法的钛合金高通量成分设计、训练针对成熟钛合金成分体系的分子力场和将新型ReaxFF(reactive force field)反应力场引入钛合金燃烧机理研究中面临的挑战。

基于分子力场的网联自主车辆跟驰安全特性及模型

为更精准地描述人车路复杂环境下网联异质车流多维感知与交互所呈现的动态特性,本文提出运用分子动力学势场函数定量描述车辆间相互作用关系的车辆跟驰行为模型,从分子力场角度剖析网联自主车辆的自驱动粒子特性和车车交互行为安全特性,独辟系统分析网联异质车群协同关系和安全态势演化规律的新思路。首先,类比复杂交通场景的网联自主车辆为自驱动粒子,基于分子动力学势场理论推导出网联自主车辆跟驰行为模型表达式,引入速度协同项,建立网联自主车辆跟驰行为的分子力场模型;其次,运用人工蜂群算法,采用High_D车辆轨迹数据对已有的跟驰模型和智能驾驶员模型进行参数标定,验证分析分子力场跟驰模型的合理性及安全性;设计数值仿真实验检验分子力场模型对真实车辆跟驰行为的拟合效果及稳定性表现。数值仿真结果表明,分子力场模型得出的车辆加速度结果与实际数据的平均值绝对误差与均方根误差更低,且受到扰动时波动更小,该模型提升了网联自主车辆跟随行驶的安全和效率,宏观车流运行具有更好的稳定性。网联自主车辆的分子力场跟驰模型可系统描述网联异质车群的动态特性、微观车辆跟驰行为和车车安全交互作用关系,为提高行车安全性及通行效率提供理论基础。

含氟农药的比较分子场分析研究

用比较分子场分析(CoMFA)方法对112种含氟农药分子的生物活性及毒性同时进行了定量构效关系研究.用78个化合物作为训练集,以距离比较方法(DISCO)确认的药效团为叠合规则构建CoMFA模型,发现影响活性的立体场与静电场的贡献分别为60.4％和39.6％,影响毒性的立体场与静电场的贡献分别为59.2％和40.8％.药效模型与毒效模型在交叉验证时的相关系数平方(R^2)分别为0.652和0.611,非交叉验证的R^2分别为0.982和0.977,方差比F(8,69)值分别为463.6及362.9,活性和毒性的标准偏差-极差比s/Δγ值分别为3.6％和2.9％.,表明模型具有较好的自预测能力.对测试组34个化合物进行了活性和毒性的预测,活性与毒性预测的标准偏差-极差比s/Δγ值分别为10.4％和6.4％.最后,还建立了一个由97个化合物构建的扩大的模型,各种统计量得到了进一步提高.并预计了一个活性较高且毒性很低的新化合物.

铁基载氧体纤维素化学链解聚试验及分子模拟

为探索纤维素在铁基载氧体作用下的化学链解聚机理及过程。通过热重分析试验研究不同升温速率下纤维素的化学链燃烧特性;通过化学反应动力学计算纤维素化学链燃烧过程中的活化能并揭示其动力学机制;利用ReaxFF MD模拟综合技术从微观原子尺度阐释纤维素化学链燃烧过程微观反应网络。热分析结果表明,铁基载氧体的加入可降低纤维素化学链解聚的起始温度,其释放的晶格氧有助于促进纤维素的化学链解聚。纤维素化学链燃烧过程分为3个阶段:挥发分析出燃烧、半焦转化燃烧和焦炭燃烧阶段。反应动力学研究显示,纤维素在热转化过程中不同转化率下的活化能为220~405 kJ/mol,其中第3个阶段的反应活化能最高。ReaxFF MD模拟结果显示,纤维素化学链燃烧过程整体遵循自由基链反应理论。纤维素裂解产生的活性自由基与载氧体释放的晶格氧反应生成2-羟基丙酮等中间体,然后进一步发生自由基反应生成CO_(2)。最终获得了载氧体作用下纤维素化学链解聚过程中CO_(2)生成释放的复杂反应网络。

比较分子力场分析法(CoMFA)的研究新进展

Co MFA是目前 3D- QSAR中应用最广且最为成功的一种方法 ,但其在设计思想和实施过程中还存在一定缺陷 ,主要表现在匹配规则、新场引入、变量选择及数据处理等几个方面。本文对近年来关于 Co MFA方法的各种改进研究做了较为系统的综述 ,并就Co MFA在药物设计中的作用进行了展望。

应用GPU集群加速计算蛋白质分子场

针对生物化学计算中采用量子化学理论计算蛋白质分子场所带来的巨大计算量的问题,搭建起一个GPU集群系统,用来加速计算基于量子化学的蛋白质分子场.该系统采用消息传递并行编程环境(MPI)连接集群各结点,以开放多线程OpenMP编程标准作为多核CPU编程环境,以CUDA语言作为GPU编程环境,提出并实现了集群系统结点中GPU和多核CPU协同计算的并行加速架构优化设计.在保持较高计算精度的前提下,结合MPI,OpenMP和CUDA混合编程模式,大大提高了系统的计算性能,并对不同体系和规模的蛋白质分子场模拟进行了计算分析.与相应的CPU集群、GPU单机和CPU单机计算方法对比,该GPU集群大幅度地提高了高分辨率复杂蛋白质分子场模拟的计算效率,比CPU集群的平均计算加速比提高了7.5倍.

无摩擦基板上液晶薄层的分子场理论

采用分子场近似．通过Ｌｅｂｗｏｈｌ—Ｌａｓｈｅｒ模型研究无摩擦基板上的液晶薄层。给出了出现向列相时液晶薄层中的分子取向状态和向列相－各向同性相转变。讨论了基板诱导的取向序（包括双轴序）以及介面区中的双轴－单轴相交。

比较分子场分析方法研究的最新进展

比较分子场分析方法 ( Co MFA)是目前在三维定量构效关系 ( 3D- QSAR)中应用最为广泛的方法之一。但传统的比较分子场分析方法在具体的实现过程中还存在着一些缺陷和不足 ,包括分子场势能函数的选择 ,活性构象的确定 ,分子的叠合以及分子场变量的选取等等。本文结合我们科研组的工作 ,就近几年Co MFA方法的最新进展做了较为详细的阐述 ,同时对 Co

烯丙胺和苄胺类抗真菌药物比较分子力场分析(CoMFA)的研究

本实验采用“活性类似物法”搜寻到烯丙胺和苄胺类抗真菌化合物的药效构象。其与药物萘替芬、特比萘芬的晶体构象相同。以此构象构建各化合物，采用ｒｍｓｆｉｔ规则叠合各分子，进行ＣｏＭＦＡ研究，得到预测能力很强的抗６种常见致病真菌的３ＤＱＳＡＲ模型。并用８个本实验室设计合成的新化合物和５个文献报道的化合物对模型预测能力进行验证。最后结合２ＤＱＳＡＲ方程首次提出了烯丙胺、苄胺类抗真菌化合物与受体蛋白相互作用模式图。

光系统Ⅱ抑制剂—反式氰基丙烯酸酯比较分子场和电子结构研究

对反式氰基丙烯酸酯系列活性分子采用限制性系统搜索方法确定的药效团模型 ,与 9类不同骨架结构的光系统 抑制剂 DISCO模型中的反式氰基丙烯酸酯分子(M- 2 2 )的活性构象为模板所确定的药效团模型是非常相近的。对两种方法所获得的活性构象分子进行了 Co MFA研究 ,其结果是一致的。采用 PM3方法进行了量子化学计算 ,计算结果表明两种模型的构象分子具有相近的电子结构 ,根据分子静电场、立体场和电子结构探讨了该类抑制剂的构效关系。

纳米磁性体系的增强磁热熵效应 Ⅱ.基于实验测量及分子场理论推导

通过实验测量不同团簇尺寸下的纳米Gd材料的磁热熵效应 .结果表明在纳米尺度下 ,Gd材料具有增强的磁热熵效应并对应于最佳纳米尺寸 .实验结果直接证实了用统计力学理论及MonteCarlo方法处理模拟结果 .当纳米团簇尺寸减小时 ,伴随着磁热熵变ΔS的增加 ,超铁磁 -超顺磁转变温度tSC发生下降偏移 .采用分子场理论 ,导出了增强磁热熵变ΔS与温度偏移因子 (1-t) - 1 / 2 满足很好的标度关系ΔS～ (1-t) - 1 / 2 .

双轴分子构成液晶薄层的分子场理论

本文以分子场理论研究双轴分子构成的液晶薄层。双轴分子通过色散力作用，使分子质心固定在简单立方晶格的格点上。在液晶薄层的一侧是基板，它对界面层上的分子提供吸引作用，另一侧为自由表面。给出了各分子层上序参数随温度变化的情况。

三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂的比较分子场法分析

用比较分子场分析方法，分析了三唑并嘧啶类化合物对乙酰乳酸合成酶（ＡＬＳ）抑制活性的构效关系，推测其与ＡＬＳ的空间结合模式．

原子-键电负性均衡方法融合进分子力场(ABEEM/MM)应用于蛋白质分子(Crambin)模拟

建立应用于多肽和蛋白质模拟的ABEEM/MM浮动电荷力场.利用该模型和参数,对实际蛋白质分子Cramb in(植物种子中的一种小的蛋白质)进行模拟,得到了满意的结果,为其更广泛的应用开辟了道路.

光系统Ⅱ(PSⅡ)抑制剂的比较分子场研究

以光系统Ⅱ抑制剂DISCO(DIStance COmparisons)模型的活性构象分子作为模板,利用比较分子场分析方法对三类结构不同的化合物进行了三维构效关系的研究。研究结果有助于对DISCO重叠模型的评估和新型PSⅡ抑制剂的设计与合成。

1－环丙基－5－取代－7－（4－甲基哌嗪基）－6，8－二氟－1，4－二氢－4－氧－3－喹啉羧酸定量构效关系的比较分子力场分析（CoMFA）研究

利用３Ｄ－ＱＳＡＲ中的ＣｏＭＦＡ方法研究了１－环丙基－５－取代－７－（４－甲基哌嗪基）－６，８－二氟－１，４－二氢－４－氧－３－喹啉羧酸定量构效关系。研究表明，从ＰＬＳ分析的ｒｃｖ，ｒ值看，模型有效强的预测能力；从立体与静电作用分数比可看出，５位取代基对活性的影响立体效应起主要作用，但静电效应亦十分重要。依据ＣｏＭＦＡ系数图设计了一些新化合物，预测结果表明，以５位氨基对抑制革兰氏阳性、阴性菌的活性为最高，与近几年实验研究的结果一致．