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All-Atom Direct Folding Simulation for Proteins Using the Accelerated Molecular Dynamics in Implicit Solvent Model 被引量:1
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作者 李宗超 段莉莉 +1 位作者 冯国强 张庆刚 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2015年第11期169-172,共4页
We report the results of protein folding (219M, C34, N36, 2KES, 2KHK) by the method of accelerated molecular dynamics (aMD) at room temperature with the implicit solvent model. Starting from the linear structures,... We report the results of protein folding (219M, C34, N36, 2KES, 2KHK) by the method of accelerated molecular dynamics (aMD) at room temperature with the implicit solvent model. Starting from the linear structures, these proteins successfully fold to the native structure in a lO0-ns aMD simulation. In contrast, they are failed under the traditional MD simulation in the same simulation time. Then we find that the lowest root mean square deviations of helix structures from the native structures are 0.36 A, 0.63 A, 0.52 A, 1.1 A and 0.78 A. What is more, native contacts, cluster and free energy analyses show that the results of the aMD method are in accordance with the experiment very well. All analyses show that the aMD can accelerate the simulation process, thus we may apply it to the field of computer aided drug designs. 展开更多
关键词 KES MD KHK All-Atom Direct Folding simulation for Proteins Using the accelerated molecular dynamics in Implicit Solvent Model
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Study on the Amyloid Aβ42 with Accelerated Molecular Dynamics Simulations
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作者 Kai-Fang Huang Shu-Heng Dong +2 位作者 Su-Su Zhong Hao Li Li-Li Duan 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2019年第9期1121-1126,共6页
One major cause of Alzheimer’s disease(AD) is evidently due to the aggregation and deposition of amyloidβ peptides(Aβ) in the brain tissue of the patient. Preventing misfolding and self-aggregation of Aβ protein c... One major cause of Alzheimer’s disease(AD) is evidently due to the aggregation and deposition of amyloidβ peptides(Aβ) in the brain tissue of the patient. Preventing misfolding and self-aggregation of Aβ protein can reduce the formation of highly toxic polymer, which is important for the treatment of AD. Among them, the α-helix consisting of42 residues(Aβ42) is the main component of senile plaques in AD. In this paper, 500 ns accelerated molecular dynamics are performed at different temperatures(300 K, 350 K, 400 K, 450 K) to study of the effect of temperature-induced conformation changes of Aβ42 protein during the unfolding process respectively. 展开更多
关键词 AMYLOID PROTEIN Alzheimer’s disease accelerATED molecular dynamics simulation PROTEIN FOLDING
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低压直流断路器双金属片性能退化特性及机理分析
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作者 邢云琪 王子涵 +2 位作者 杨广正 王妍 赵成晨 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期7266-7277,共12页
针对低压断路器热脱扣器用双金属片长期服役过程中的性能退化问题,该文首先建立热脱扣器电热结构耦合有限元模型,分析不同电流条件下双金属片表面温度和挠度的分布特性,结合正交试验确定比弯曲为双金属片性能退化关键特征;然后在考虑失... 针对低压断路器热脱扣器用双金属片长期服役过程中的性能退化问题,该文首先建立热脱扣器电热结构耦合有限元模型,分析不同电流条件下双金属片表面温度和挠度的分布特性,结合正交试验确定比弯曲为双金属片性能退化关键特征;然后在考虑失效机理不变的前提下设计110、130、150℃三种温度应力下的加速寿命试验,以比弯曲作为特征量,分析双金属片性能与比弯曲的关联关系,对老化前后双金属片主被动层界面处元素分布进行定性分析,揭示了界面间金属原子运动行为,对双金属片比弯曲下降做出微观解释;建立双金属片分子动力学模型,分析主被动层界面原子扩散行为,得到被动层Ni原子与Fe原子向主动层扩散导致双金属片热膨胀系数改变从而影响其宏观动作特性的结论,从微观到宏观阐明双金属片性能退化机理。该文研究有助于揭示低压断路器过载保护系统性能退化规律,为双金属片性能优化提升提供理论基础。 展开更多
关键词 低压直流断路器 双金属片 有限元仿真 加速寿命试验 分子动力学
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基于增强采样构建的隐式马尔可夫状态模型分析GLP-1R激动剂对GLP-1R激活机制
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作者 刘一卜 汤磊 范菊娣 《山东医药》 CAS 2024年第3期44-50,共7页
目的 基于增强采样构建的隐式马尔可夫状态模型,分析胰高血糖素样肽1受体(GLP-1R)激动剂PF-06882961激活GLP-1R的机制。方法 从PDB数据库中下载GLP-1R晶体结构(PDBID:6X1A),基于该晶体结构构建PF06882961与GLP-1R结合的高斯加速动力学(G... 目的 基于增强采样构建的隐式马尔可夫状态模型,分析胰高血糖素样肽1受体(GLP-1R)激动剂PF-06882961激活GLP-1R的机制。方法 从PDB数据库中下载GLP-1R晶体结构(PDBID:6X1A),基于该晶体结构构建PF06882961与GLP-1R结合的高斯加速动力学(GaMD)体系,模拟PF06882961与GLP-1R结合的动力学轨迹。使用工具包Pyemma读取PF06882961与GLP-1R结合的GaMD动力学轨迹,构建马尔可夫模型。然后分别从一级结构[关键氨基酸残基间的αC间距(Glu247-His180;Glu364-Arg190)]和二级结构[关键α螺旋间扭转角(Val365-Pro358-Ala350;Arg380-Phe390-Met397)]两个层面对构建的马尔可夫模型中PF-06882961与GLP-1R复合物若干构象进行聚类分析,得出5个结构具有差异的PF-06882961与GLP-1R复合物宏观态构象(S1、2、3、4、5),将其可视化后分析各个宏观态构象之间的结构差异,以明确PF-06882961激活GLP-1R的结构基础。结果 从二级结构层面进行聚类分析时,PF06882961与GLP-1R结合后,GLP-1R细胞外结构域部分与跨膜结构域间距离减小,GLP-1R下游的G蛋白发生了重要构象转变。从一级结构及二级结构层面进行聚类分析时,PF-06882961结合GLP-1R后,GLP-1R的跨膜结构域内关键氨基酸残基重排出新的极性网络(Glu364-Tyr241-His180-Glu247),细胞外结构域内由Phe385-Tyr203-Tyr148组成π-π堆叠网络。结论 PF-06882961与GLP-1R结合后,通过由Phe385-Tyr203-Tyr148组成的π-π堆叠网络、由Glu364-Tyr241-His180-Glu247重排而成的新极性网络分别稳定GLP-1R的细胞外结构域及跨膜结构域,从而激活GLP-1R。 展开更多
关键词 胰高血糖素样肽1受体激动剂 PF-06882961 胰高血糖素样肽1受体 马尔可夫状态模型 高斯加速动力学 分子动力学模拟
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酶催化过程的全程模拟 被引量:1
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作者 赵媛 曹泽星 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第4期691-708,共18页
酶催化包括底物到活性区的输运、选择催化化学反应及产物释放等复杂过程,由于复杂的蛋白质环境效应,任一化学和非化学过程都有可能是决定酶活性的关键步骤。为了全面认识酶催化活性,我们对几类酶催化过程进行了广泛的组合量子/分子力学(... 酶催化包括底物到活性区的输运、选择催化化学反应及产物释放等复杂过程,由于复杂的蛋白质环境效应,任一化学和非化学过程都有可能是决定酶活性的关键步骤。为了全面认识酶催化活性,我们对几类酶催化过程进行了广泛的组合量子/分子力学(QM/MM)和经典分子力学(MM)动力学模拟(MD)研究,详细地讨论了整个酶催化过程的分子机制、关键残基的作用和蛋白质环境效应,丰富了对酶催化活性的认识。随着多尺度模型和计算模拟方法的进一步完善与发展,有望实现超大复杂生物酶催化过程的全程模拟研究,为酶工程领域的相关研究提供支持。 展开更多
关键词 酶催化 底物输运 自由能计算 QM/MM MD模拟 随机加速动力学模拟
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喹啉加氧酶中氧气扩散的通道分析 被引量:1
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作者 周超 石婷 +1 位作者 赵一雷 王晓雷 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1813-1821,共9页
通过生物信息学分析、量化计算优化、CAVER和MDpocket预测、随机加速分子动力学及伞状抽样动力学模拟等方法,对喹啉加氧酶(HOD)中的氧气扩散途径进行了计算预测.结果表明,氧气在HOD中的反应位点包埋在蛋白内部,而HOD中有数条可能的通道... 通过生物信息学分析、量化计算优化、CAVER和MDpocket预测、随机加速分子动力学及伞状抽样动力学模拟等方法,对喹啉加氧酶(HOD)中的氧气扩散途径进行了计算预测.结果表明,氧气在HOD中的反应位点包埋在蛋白内部,而HOD中有数条可能的通道供氧气进出,其中长度最短的通道具有最高的优先度,不仅在随机加速动力学模拟中具有最高的氧气逸出概率,而且伞状抽样方法计算得到的自由能也最低.此通道的内端位于底物Re面的氧气结合位点,较好地解释了HOD的相关实验数据. 展开更多
关键词 喹啉加氧酶 氧气扩散 随机加速分子动力学 伞状抽样
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白腐菌漆酶耐盐性的生物信息学研究及氯离子、氧气和水分子输运通道分析
7
作者 李文娟 赵一雷 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期255-262,共8页
运用生物信息学方法分析了各物种漆酶的耐盐性差异,并利用随机加速动力学模拟计算揭示了白腐菌漆酶内部连接三铜活性中心(TNC)的氯离子、氧气和水分子的可能输运通路.生物信息学系统发生树和结构比对分析表明,担子真菌、子囊真菌与细菌... 运用生物信息学方法分析了各物种漆酶的耐盐性差异,并利用随机加速动力学模拟计算揭示了白腐菌漆酶内部连接三铜活性中心(TNC)的氯离子、氧气和水分子的可能输运通路.生物信息学系统发生树和结构比对分析表明,担子真菌、子囊真菌与细菌漆酶具有较高的结构保守性;通过随机加速动力学模拟发现,白腐菌T.versicolor漆酶内部有5条小分子输运通道(p1~p5),其中p2和p5为新的输运通道;与氧气和水分子输运不同,氯离子在漆酶内部输运时受到明显约束,以较高的几率通过p1和p4输运通道.高耐盐漆酶的p1通道周边富集了更多酸性和芳香性氨基酸残基,降低了氯离子的输运效率,从而提高其耐盐性. 展开更多
关键词 漆酶 耐盐性 系统发生树 随机加速分子动力学模拟 蛋白质内部分子输运
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FPGA的分子动力学短程非键成力加速器设计与实现
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作者 吴子刚 柴志雷 袁鸣 《单片机与嵌入式系统应用》 2021年第9期37-41,共5页
FPGA传统RTL级别开发有着较高的编程难度和较长的设计时间,这限制了FPGA在分子动力学模拟中的应用。本文使用FPGA新一代编程方案HLS,基于Alevo U50板卡设计并实现了基于可重构计算平台硬件的分子动力学短程非键成力加速器,分别从粒子配... FPGA传统RTL级别开发有着较高的编程难度和较长的设计时间,这限制了FPGA在分子动力学模拟中的应用。本文使用FPGA新一代编程方案HLS,基于Alevo U50板卡设计并实现了基于可重构计算平台硬件的分子动力学短程非键成力加速器,分别从粒子配对器设计优化、计算流水线设计等方面出发,设计具有高效率、低能耗的可重构计算方法。同时针对非键成力计算中存在的动态数据流,提出了HLS+HDL的设计方法,进而在极大缩减设计时间的同时保证加速器的性能。 展开更多
关键词 分子动力学模拟 FPGA 加速器 HLS U50
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不同势函数下类粒化高炉矿渣玻璃体结构的分子动力学模拟
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作者 姚羽涵 王亚丽 +2 位作者 崔素萍 刘辉 王卉 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3594-3605,共12页
分子动力学模拟作为粒化高炉矿渣中玻璃体结构研究手段的准确性受到势函数选择的影响。本工作分别采用Buckingham势、Broyden-Moré-Hénon(BMH)势、Miyake势和SHIK势模拟了不同化学组成类矿渣玻璃体的随机网络结构特征,并从局... 分子动力学模拟作为粒化高炉矿渣中玻璃体结构研究手段的准确性受到势函数选择的影响。本工作分别采用Buckingham势、Broyden-Moré-Hénon(BMH)势、Miyake势和SHIK势模拟了不同化学组成类矿渣玻璃体的随机网络结构特征,并从局部有序结构、网络形成体聚合行为和网络改性体团簇行为等方面对比了模拟结果与实验结果的匹配性。结果表明:Buckingham势、BMH势和Miyake势更适合玻璃体局部有序结构的模拟;而SHIK在玻璃体中不同类型氧原子含量及Qn分布随化学组成变化的趋势模拟上具有更高的稳定性;网络改性体的团簇行为更适合采用定义了金属离子间相互作用势的SHIK势和BMH势。 展开更多
关键词 粒化高炉矿渣 玻璃体 分子动力学模拟 势函数 随机网络结构
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细胞色素P450配体通道的研究进展 被引量:1
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作者 沈中华 李卫华 +2 位作者 许柚 刘桂霞 唐赟 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期189-197,共9页
细胞色素P450(CYP)是一类含亚铁血红素的酶,不但能催化内源性底物的生物合成和代谢,而且对外源性化合物的代谢、激活以及降解毒性等起着重要作用.P450也是人体内最主要的药物代谢酶,能催化代谢约75%的临床药物.已有的P450酶晶体结构显示... 细胞色素P450(CYP)是一类含亚铁血红素的酶,不但能催化内源性底物的生物合成和代谢,而且对外源性化合物的代谢、激活以及降解毒性等起着重要作用.P450也是人体内最主要的药物代谢酶,能催化代谢约75%的临床药物.已有的P450酶晶体结构显示,绝大多数酶呈现闭合的构象,其催化活性位点位于血红素上方且深埋于蛋白质的中心,没有明显的通道用于配体进出活性中心.因此一个有趣而重要的问题是,配体如何进出酶的活性中心达到被氧化或发生抑制作用?近年来,关于P450酶配体通道的研究取得了显著进展.本文重点综述了通道研究的实验方法及6类P450酶可能存在的通道和作用机制,并对其未来的发展方向进行了展望. 展开更多
关键词 细胞色素P450 分子动力学 拉伸动力学 随机加速动力学 定点突变
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重要性采样方法与自由能计算 被引量:5
11
作者 陈淏川 付浩浩 +1 位作者 邵学广 蔡文生 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2018年第7期921-931,共11页
分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而,由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内,体系很难跨越较高的自由能能垒,在相空间内的采样大大受限,采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这... 分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而,由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内,体系很难跨越较高的自由能能垒,在相空间内的采样大大受限,采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这一问题的有效途径,重要性采样方法就是其中一类。本文综述了四种广泛应用的重要性采样方法——伞状采样方法、metadynamics方法、自适应偏置力方法和温度加速分子动力学方法的原理和进展,其中重点概述了自适应偏置力方法的最新发展——扩展自适应偏置力方法和扩展广义自适应偏置力方法,并对这四种重要性采样方法的优缺点进行了比较。最后,讨论和展望了重要性采样与自由能计算方法面临的挑战和前景,并提出了对自适应偏置力方法可能的改进,如与加速分子动力学(aMD)或弦方法结合以提高在高维度空间中的采样效率。 展开更多
关键词 分子动力学模拟 自由能计算 重要性采样 伞状采样 METAdynamics 自适应偏置力 温度加速分子动力学
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Integrated in silico formulation design of selfemulsifying drug delivery systems 被引量:5
12
作者 Haoshi Gao Haoyue Jia +3 位作者 Jie Dong Xinggang Yang Haifeng Li Defang Ouyang 《Acta Pharmaceutica Sinica B》 SCIE CAS CSCD 2021年第11期3585-3594,共10页
The drug formulation design of self-emulsifying drug delivery systems(SEDDS)often requires numerous experiments,which are time-and money-consuming.This research aimed to rationally design the SEDDS formulation by the ... The drug formulation design of self-emulsifying drug delivery systems(SEDDS)often requires numerous experiments,which are time-and money-consuming.This research aimed to rationally design the SEDDS formulation by the integrated computational and experimental approaches.4495 SEDDS formulation datasets were collected to predict the pseudo-ternary phase diagram by the machine learning methods.Random forest(RF)showed the best prediction performance with 91.3% for accuracy,92.0% for sensitivity and 90.7% for specificity in 5-fold cross-validation.The pseudo-ternary phase diagrams of meloxicam SEDDS were experimentally developed to validate the RF prediction model and achieved an excellent prediction accuracy(89.51%).The central composite design(CCD)was used to screen the best ratio of oil-surfactant-cosurfactant.Finally,molecular dynamic(MD)simulation was used to investigate the molecular interaction between excipients and drugs,which revealed the diffusion behavior in water and the role of cosurfactants.In conclusion,this research combined machine learning,central composite design,molecular modeling and experimental approaches for rational SEDDS formulation design.The integrated computer methodology can decrease traditional drug formulation design works and bring new ideas for future drug formulation design. 展开更多
关键词 Self-emulsifying drug delivery system random forest Central composite design molecular dynamic simulation MELOXICAM
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对颗粒物质运动的一致性进行控制的随机力场
13
作者 苏涛 冯耀东 +2 位作者 赵宏武 黄德财 孙刚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第16期227-233,共7页
在颗粒流的研究中引入了一个正态分布的随机力场,并通过计算机模拟研究了该力场对均匀颗粒流的影响.结果发现:随机力场基本上不改变均匀颗粒流的平均密度和速度,对颗粒流密度的涨落也影响很小.随机力场对均匀颗粒流的影响主要体现在它... 在颗粒流的研究中引入了一个正态分布的随机力场,并通过计算机模拟研究了该力场对均匀颗粒流的影响.结果发现:随机力场基本上不改变均匀颗粒流的平均密度和速度,对颗粒流密度的涨落也影响很小.随机力场对均匀颗粒流的影响主要体现在它可提高速度的涨落,它与颗粒体系的耗散性质相抗衡,使颗粒流维持一定的波动能量.研究结果还显示:通过随机力场所获得的波动能量并没有均匀分布到各个自由度上,由于颗粒体系的耗散性质颗粒体系难以达到能均分状态. 展开更多
关键词 颗粒物质 随机力 分子动力学模拟
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Gupta势结合多种算法求解Co_n(n=2~60)团簇基态的效率
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作者 刘爱霞 段海明 《四川大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期718-722,共5页
采用Gupta势结合完全随机数方法、无规网格点随机数方法、分子动力学模拟淬火法、分子动力学模拟退火法和遗传算法分别求解了Co_n(n=2~60)团簇的基态几何结构与能量,通过与标准数据库结果对比分析,结果表明:在所讨论的尺寸范围内,遗传... 采用Gupta势结合完全随机数方法、无规网格点随机数方法、分子动力学模拟淬火法、分子动力学模拟退火法和遗传算法分别求解了Co_n(n=2~60)团簇的基态几何结构与能量,通过与标准数据库结果对比分析,结果表明:在所讨论的尺寸范围内,遗传算法的求解效率最好,能找到全部的基态结构,分子动力学模拟退火法效率次之,只在个别团簇尺寸时没找到基态结构;而对于含原子数在35以下的中小团簇,随机数方法、无规网格点随机数法也都有很好的效率;同时,文中也讨论了运用不同随机数、不同网格点及不同淬火温度对结果的影响。 展开更多
关键词 Co团簇 GUPTA势 随机数 分子动力学模拟 遗传算法
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Ion Transport Mechanism in ClC-Type Channel Protein under Complex Electrostatic Potential 被引量:1
15
作者 YU Tao GUO Xu +1 位作者 KE Xuan SANG Jianping 《Wuhan University Journal of Natural Sciences》 CAS CSCD 2016年第6期466-472,共7页
In order to illustrate the ion transport mechanism of chloride channel(Cl C) protein,a type of Cl C protein,Cl C-ec1,from Escherichia coli is embedded into an explicit membranewater system by using software VMD. The... In order to illustrate the ion transport mechanism of chloride channel(Cl C) protein,a type of Cl C protein,Cl C-ec1,from Escherichia coli is embedded into an explicit membranewater system by using software VMD. Then a parallel molecular dynamics(MD) simulation is employed to equilibrate the Cl C-ec1 structure for 27.5 ns at temperature 298.15 K. Based on this equilibrated structure,we compute the channel geometric size variation and electrostatic potential distribution along the channel. Meanwhile,Cl^- transport process is simulated using oriented random walk method under variable external potential. The simulation result shows that Cl^- transport velocity depends on the width of the narrowest channel region. Mutation of negative glutamate E148 can produce positive potential,which is beneficial for Cl^- transport,around external Cl^- binding region in the channel. The simulated current-voltage curves about Cl^- transporting in Cl C-ec1 protein agree with Jayaram's experimental results. 展开更多
关键词 ion transport ClC channel protein molecular dynamics simulation random walk simulation
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Density Waves in One-Dimensional Granular Flows Driven by Non-Uniform Force Field
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作者 苏涛 冯耀东 +2 位作者 赵宏武 黄德财 孙刚 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2013年第11期610-614,共5页
We introduce a non-uniform gravity-like force field to control the granular flow state in a quasi-one- dimensional system, and study the system by the molecular dynamics simulation. We find that the granular flow unde... We introduce a non-uniform gravity-like force field to control the granular flow state in a quasi-one- dimensional system, and study the system by the molecular dynamics simulation. We find that the granular flow under non-uniform force field can be well described by a density wave with fixed time period if a fixed partiele number condition is used. The base frequency of the density wave does not depend on the position of the flow, while both the average density and oseillation amplitude of the flow vary continuously with the position. The formation of the density wave results from the aggregation of the granules in the decelerated region and the feed-back mechanism in the fixed particle number condition. 展开更多
关键词 granular matter random force molecular dynamics simulation
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