在模拟箱上施加压力

计算科学 模拟 蒙特卡洛
2021-12-22 17:27:59

我们有一个 3D 模拟盒子(立方,侧面L) 洋溢着N不重叠的物体(比如球体)。我们有兴趣研究系统在 z 方向施加压力下的演化(因此压力只有一个与立方体顶面正交的非零分量)。在模拟中,为了清楚起见,假设它是蒙特卡罗类型的模拟(因此在每个 MC 步骤中,对象会随机移动,不会引入重叠),经常听到以下内容:“压力是通过重新缩放来建模/模拟的只是物体之间的距离”。我直观地理解这一点,因为它只是说:施加压力会减小体积,即ΔV=ΔzLyLx,这反过来意味着在施加压力的方向上,物体越来越近。

  • 问题更多是在实施层面:如何实施这样的方案,即,将压力映射到重新缩放的距离?是否存在经常用于此类目的的现有技术?

  • 最后,如果对象是各向异性的,这种方案是否重要?

此外,您认为适合解决此类问题的任何参考资料(教科书或论文)在这里都非常受欢迎。

1个回答

您正在寻找从等压-等温系综(也称为 NPT 系综)中采样的数值方案。这相当于从特定概率分布(由对应于 NPT 集合的配分函数中的被积函数确定)中进行采样。

您可以在 Frenkel, D., & Smit, B. (2002) 的第 5.4 节中找到关于使用 Monte Carlo 方法在 NPT 系综中进行模拟的理论和实践的讨论。了解分子模拟(第二)。爱思唯尔。http://doi.org/10.1016/B978-012267351-1/50000-6

另一个很好的参考是 Tuckerman, M. (2010) 的第 5 章。统计力学:理论和分子模拟。牛津大学出版社。