分子动力学结果分析汇编

分子动力学模拟课程小结一．分子动力学的基本原理在分子动力学模拟中，体系原子的一系列位移是通过对牛顿运动方程积分得到的，结果是一条运动轨迹，它表明了系统内原子的位置与速度如何随时间而发生变化。

通过解牛顿第二定律的微分方程，可以获得原子的运动轨迹。

方程如下：这个方程描述了质量为m i的原子i在力Fi的作用下，位置矢量为r i时的运动方程。

其中，Fi可以由势函数U的梯度给出：系统的温度则与系统中全部原子的总动能K通过下式相联系：N是原子数，Nc是限制条件，k B是波尔兹曼常数。

二. MD模拟的积分算法为了得到原子的运动轨迹，可以采用有限差分法来求解运动方程。

有限差分法的基本思想就是将积分分成很多小步，每一小步的时间固定为δt。

用有限差分解运动方程有许多方法，所有的算法都假定位置与动态性质（速度、加速度等）可以用Taylor级数展开来近似：在分子动力学模拟中，常用的有以下的几中算法：1.Verlet算法运用t时刻的位置和速度及t－δt时刻的位置，计算出t＋δt时刻的位置：两式相加并忽略高阶项，可以得到：速度可以通过以下方法得到：用t＋δt时刻与t－δt时刻的位置差除以2δt：同理，半时间步t+δt时刻的速度也可以算：Verlet算法执行简单明了，存储要求适度，但缺点是位置r(t＋δt)要通过小项与非常大的两项2r(t)与r(t－δt)的差相加得到，容易造成精度损失。

另外，其方程式中没有显示速度项，在没有得到下一步的位置前速度项难以得到。

它不是一个自启动算法：新位置必须由t时刻与前一时刻t－δt的位置得到。

在t＝0时刻，只有一组位置，所以必须通过其它方法得到t－δt的位置。

一般用Taylor级数：2.Velocity－Verlet算法3.Leap-frog算法为了执行Leap-frog算法，必须首先由t-0.5δt时刻的速度与t时刻的加速度计算出速度v(t+δt)，然后由方程计算出位置r(t+δt)。

T时刻的速度可以由：得到。

分子动力学模拟实验报告篇一：分子动力学实验报告 md2分子动力学实验报告（ XX 至 XX 学年第_2_学期）班级：姓名：学号：实验名称：晶体点缺陷成绩：一、实验目的计算空位形成能和间隙原子形成能。

探究形成的空位和间隙原子所在的位置不同其形成能的变化。

以及空位和间隙原子的浓度不同时其空位能和间隙原子形成能的变化。

二、实验原理点缺陷普遍存在于晶体材料中，它是晶体中最基本的结构缺陷，对材料的物理和化学性质影响很大。

根据点缺陷相对于理想晶格位置可能出现的几种主要偏差状态，可将其命名如下：（1）空位：正常节点位置上出现的原子空缺。

（2）间隙原子（离子）：指原子（离子）进入正常格点位置之间的间隙位(本文来自：小草范文网:分子动力学模拟实验报告)置。

（3）杂质原子（离子）：晶体组分意外的原子进入晶格中即为杂质，杂质原子若取代晶体中正常格点位置上的原子（离子）即为置换原子（离子），也可进入正常格点位置之间的间隙位置而成为填隙的杂质原子（离子）。

一般情况下，空位、间隙原子都是构成晶体的原子或离子偏离原有格点所形成的热缺陷。

在一定温度下，晶体中各原子的热振动状态和能量并不同，遵循麦克斯韦分布规律。

热振动的原子某一瞬间可能获得较大的能量，这些较高能量的原子可以挣脱周围质点的作用而离开平衡位置，进入到晶格内的其他位置，于是在原来的平衡格点位置上留下空位。

根据原子进入晶格内的不同位置，可以将缺陷分为弗伦克尔（Frenkel）缺陷和肖特基（Schottky）缺陷。

点缺陷都只有一个原子大小的尺度，因此不容易通过实验对其进行直接的观察。

而且实验方法研究缺陷时利用较多的还是缺陷对晶体性质的影响。

例如，通过测量晶体的膨胀率和电阻率的变化规律，即可对点缺陷的存在、运动和相互作用等方面展开间接的研究。

分子动力学方法对金属材料原子尺度物理和化学过程的研究具有实验法无法比拟的优势，可直观的模拟和分析晶体中的点缺陷。

若我们搭建完整晶体的原子个数为N，能量为E1，通过删除和增加一个原子得到空位和间隙原子，充分弛豫后体系能量为E2，则空位形成能Ev 和间隙原子形成能Ei分别为：三、实验过程（1）进入2_point文件夹$cd口2_point（2）运行in.inter文件，得到Cu的八面体间隙原子的图像，以及体系的总能量的变化，计算出八面体间隙原子的形成能。

分子动力学模拟实验报告篇一：分子动力学实验报告 md2分子动力学实验报告（ XX 至 XX 学年第_2_学期）班级：姓名：学号：实验名称：晶体点缺陷成绩：一、实验目的计算空位形成能和间隙原子形成能。

探究形成的空位和间隙原子所在的位置不同其形成能的变化。

以及空位和间隙原子的浓度不同时其空位能和间隙原子形成能的变化。

二、实验原理点缺陷普遍存在于晶体材料中，它是晶体中最基本的结构缺陷，对材料的物理和化学性质影响很大。

根据点缺陷相对于理想晶格位置可能出现的几种主要偏差状态，可将其命名如下：（1）空位：正常节点位置上出现的原子空缺。

（2）间隙原子（离子）：指原子（离子）进入正常格点位置之间的间隙位(本文来自：小草范文网:分子动力学模拟实验报告)置。

（3）杂质原子（离子）：晶体组分意外的原子进入晶格中即为杂质，杂质原子若取代晶体中正常格点位置上的原子（离子）即为置换原子（离子），也可进入正常格点位置之间的间隙位置而成为填隙的杂质原子（离子）。

一般情况下，空位、间隙原子都是构成晶体的原子或离子偏离原有格点所形成的热缺陷。

在一定温度下，晶体中各原子的热振动状态和能量并不同，遵循麦克斯韦分布规律。

热振动的原子某一瞬间可能获得较大的能量，这些较高能量的原子可以挣脱周围质点的作用而离开平衡位置，进入到晶格内的其他位置，于是在原来的平衡格点位置上留下空位。

根据原子进入晶格内的不同位置，可以将缺陷分为弗伦克尔（Frenkel）缺陷和肖特基（Schottky）缺陷。

点缺陷都只有一个原子大小的尺度，因此不容易通过实验对其进行直接的观察。

而且实验方法研究缺陷时利用较多的还是缺陷对晶体性质的影响。

例如，通过测量晶体的膨胀率和电阻率的变化规律，即可对点缺陷的存在、运动和相互作用等方面展开间接的研究。

分子动力学方法对金属材料原子尺度物理和化学过程的研究具有实验法无法比拟的优势，可直观的模拟和分析晶体中的点缺陷。

若我们搭建完整晶体的原子个数为N，能量为E1，通过删除和增加一个原子得到空位和间隙原子，充分弛豫后体系能量为E2，则空位形成能Ev 和间隙原子形成能Ei分别为：三、实验过程（1）进入2_point文件夹$cd口2_point（2）运行in.inter文件，得到Cu的八面体间隙原子的图像，以及体系的总能量的变化，计算出八面体间隙原子的形成能。

4.使用LST/QST/CG方法计算过渡态结构a.Calculation,setup选项卡，Task改为TS Search。

more中确保Search protocol设置为Complete LST/QST,Quality设置为Mediumb.Job control选项卡，确保Automatic未被选中，输入TS作为Job description。

点击run第二部分：实验调试与结果分析三、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）1.建立气体H2模型。

为使缩放过程明显，将H-H键长设为0.8埃Calculation中设置如下，模拟结构中原子在计算力影响下的移动2.建立Pd(111)表面模型，真空厚度为7.00埃3.将a=0.56, b=0.47, c=0.70的H1和a=0.47, b=0.56, c=0.70的H2原子到reactants中Pd表面。

后束缚全部的Pd原子。

4.在products中改变两个H原子的坐标，并使每个H原子键合一个Pd原子再使用CASTEP|Calculation优化几何结构，设置截图如下对reactants执行相同优化。

优化后两个原子文档如下5.对products和reactants的优化结构中的原子进行配对。

可见开始时0个原子被配对，8个原子未配对Auto Find后对对应的原子set match, 使两个文档中所有原子配对配对后Preview,事先确保number of frame值为10，得reactants-products.xtd轨迹文件6.使用LST/QST/CG方法计算过渡态结构。

设置截图如下得TS.xsd文档。

对此文档进行Analysis,选择Energy evolution,点击view, 得TS.xtd及TS TSSeaarch.xcd图表文件。

点击图上不同点可查看轨迹文件中相应结构四、实验结果及分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）1.在TS.CASTEP中搜索Transition State Found,结果如下：得（1）反应能量：0.06565eV（2）来自反应物的能垒：0.03465eV（3）来自产物的能垒：-0.03100eV2.点击TS Search图中不同点，可在TS.xtd中查看相应结构通过TS Search亦可得出反应活化能（起始点至反应峰顶）：E a=-4815.97-（-4819.59）=3.62eV五．思考题1.反应势垒是什么？答：物质在发生化学反应时，需要先破坏原有的化学键，这样就需要一定的能量，这个能量称之为化学势垒2.研究和了解反应的过渡态有什么意义？反应的过渡态：在反应物相互接近的反应进程中，出现一个能量比反应物与生成物均高的势能最高点，此势能最高点相对应的结构称为过渡态。

分子动力学实验报告（2014 至2015 学年第_2_学期）班级：姓名：学号：实验名称：平衡晶格常数和体弹模量成绩：一、实验目的：1、学习Linux系统的指令，学会和掌握lammps几个基本语句。

2、理解计算晶格常数和体弹性模量的原理，并动手操作，算出硅晶体不同结构下的体弹性模量和晶格常数。

二、实验原理：1.晶格常数为了描述原子和离子的结构，将每一个原子和离子都看做是不动的静止的点。

这样就提出了空间点阵的概念。

人们为了说明点阵排列的规律和特点，可以在这些点阵中去除一个具有周期性的且能代表其性质的基本单元作为点阵的组成单元，称为晶胞。

不同的晶胞将会产生不同的特性。

给定Si集中典型立方晶体结构：fcc，bcc，sc，dc，利用计算机分别计算每种结构下体系的能量。

根据可判定dc结构是否能量最低，即是否最稳定。

2.体弹性模量材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。

弹性模量是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括杨氏模量、剪切模量、体积模量等。

在弹性变形范围内,物体的体应力与相应体应变之比的绝对值称为体弹模量。

表达式为：E为单个原子的结合能，M为单位晶胞内的原子数。

晶胞体积可以表示为，那么根据实验第一部分算出的平衡晶格常数，以及能量与晶格间距的函数关系，可以求得对应晶格类型的体积模量。

并与现有数据进行对比。

三、实验过程（1）将share文件夹里面的md_1文件拷贝到本地：$cp□-r□share/md_1□.（2）进入md_1文件，之后进入1_lattice文件$cd 口md_1$cd 口1_lattice（3）查看输入脚本文件in.diamond，理解每一行语句测含义及用法$gedit口in.diamond（4）使用命令使远程计算机上的lammps运行in.diamond文件，得到不同晶格常数下的能量以及最终得到的图像文件$lmp口-i口in.diamond（5）用gnuplot画出能量和晶格常数的关系图。

分⼦动⼒学模拟案例分析分⼦动⼒学模拟经典案例分析雷特格韦（Raltegravir）是第⼀个通过FDA审查的HIV-1整合酶抑制剂，前期研究发现它与最佳背景疗法结合，抗HIV能⼒强于单⽤最佳背景疗法。

下⾯是它的三维⽴体结构以及它与HIV-1整合酶结合的⼝袋位置图：图5 左图表⽰ Raltegravir 的三维⽴体结构，右图是HIV-1整合酶的⼝袋区域，蓝⾊⼩分⼦在晶体结构中已存在，黄⾊⼩分⼦是对接时筛选到的。

案例⼀：寻找新的HIV-1抑制剂8。

1. 研究者通过构建HIV-1整合酶的三维结构，寻找它的结合⼝袋，如上图所⽰。

2. 通过⽂献调研，寻找到31个已知的具有不同结构类型的HIV-1抑制剂；并且新发现9个具有潜在效⽤的⼩分⼦（研究者从实验中发现，或者从虚拟筛选中得到）。

3. 选取在分⼦对接中能量超过⼀定数值（这⾥是-50kcal/mol）的⼩分⼦做分⼦动⼒学模拟，通过动⼒学轨迹分析了解蛋⽩与⼩分⼦的结合情况，并计算它们的结合⾃由能，⼀般是分⼦动⼒学中的MM/PBSA 或者MM/GBSA⽅法。

4. 下表的数据中分别列出了抑制剂的IC50值（达到最⼤抑制⼀半时⼩分⼦的浓度）、分⼦对接中的能量、MM/GBSA⽅法计算得到的结合⾃由能、MM/PBSA⽅法计算得到的结合⾃由能。

L01是晶体结构中存在的配体⼩分⼦，L02即为Raltegravir，L02t是Raltegravir的钾盐，从L32到LGE是新发现的那九个⼩分⼦。

分析数据表明，Raltegravir盐类⽐Raltegravir本⾝的抑制效果更好，适合成药，实际上也是如此。

LGA和LGB两个新发现的⼩分⼦与蛋⽩的结合紧密程度⽐Raltegravir盐类更好，可能⽤作下⼀步的⽣物活性分析。

5. 最后我们可以通过分析蛋⽩与⼩分⼦复合物的三维结构分析它们的结合模式。

例如Raltegravir与蛋⽩结合，形成了⼀些特殊的氢键，最重要的是它们都要与蛋⽩质中的⾦属离⼦形成配位结构。

化学反应机理的分子动力学分析化学反应机理的分子动力学分析是一种研究化学反应过程中分子间相互作用和反应速率的手段。

它结合了分子动力学模拟、量子化学计算和统计力学等方法，能够详细地描述反应物分子在反应过程中的结构变化、能量转移和电子转移等现象。

1.分子动力学模拟：分子动力学模拟是研究分子系统在时间尺度上的运动和相互作用的一种方法。

通过对分子系统的运动方程进行数值求解，可以得到分子的位置、速度和相互作用等信息。

分子动力学模拟可以用来研究反应物分子的碰撞过程、中间产物的形成以及产物分子的散射等。

2.量子化学计算：量子化学计算是基于量子力学原理计算分子结构和性质的方法。

通过对分子的电子结构和几何结构的计算，可以得到分子的能量、偶极矩、电荷分布等信息。

量子化学计算可以用来确定反应物分子的电子态、中间产物的稳定性和产物分子的电子结构等。

3.统计力学：统计力学是研究大量粒子系统的统计性质和宏观物理性质之间的关系的一种方法。

通过对粒子系统的统计分布函数进行计算，可以得到系统的平均能量、熵、自由能等信息。

统计力学可以用来研究反应物分子的热运动、碰撞概率和反应速率等。

4.反应路径理论：反应路径理论是研究化学反应过程中反应物分子如何通过一系列的过渡状态转变为产物分子的理论。

通过分析反应路径上的能量势能面，可以得到反应的活化能、过渡状态的结构和反应速率等信息。

反应路径理论可以用来确定反应机理、预测反应路径和解释实验结果等。

5.过渡状态理论：过渡状态理论是研究化学反应过程中反应物分子如何通过过渡状态转变为产物分子的理论。

通过计算过渡状态的能量、结构和反应速率，可以得到反应的活化能、过渡状态的稳定性和反应速率等信息。

过渡状态理论可以用来解释实验观察到的反应速率规律和预测反应速率常数等。

6.碰撞理论：碰撞理论是研究化学反应过程中反应物分子之间的碰撞如何导致反应的理论。

通过计算反应物分子的碰撞概率、碰撞能量和碰撞角度等，可以得到反应的活化能、反应速率和产物分子的分布等信息。

分子动力学实验报告（2014 至2015 学年第_2_学期）班级：姓名：学号：实验名称：晶格位错和层错成绩：一、实验目的（1）观测位错的位移场、应力场、应变场分布（2）计算静止位错的能量（与位错理论的计算结果比较）（3）澄清位错分解与层错能的关系二、实验原理1螺位错螺型位错；螺旋位错；screw dislocation;Burgers dislocation又称螺旋位错。

一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。

在中央轴线处即为一螺型位错。

假设在各向同性的介质中，UZ随着θ 角均匀的增大，可以得到位移UZ与θ 和r 的关系如下此即为螺位错的位移场公式。

也是在本次实验中，我们用来构造螺位错的依据。

首先，我们搭建一个完整晶体，以中心处为位错的核心，然后根据位移场公式相继移动体系内的每个原子，使其符合螺位错的位移场分布。

经过能量最小化后，我们可以得到一个稳定的含有螺位错的构型。

由于圆柱体只有沿z 方向的位移，因此只有切应变。

相应的，各应力分量为2．刃型位错滑移区与未滑移区之间的边界就称为位错。

这个位错的位置由挤入上半部分晶体的额外垂直半原子面的边缘标志。

在位错附近，晶体的形变可以看作是由于在晶体上半部分插入了一片额外的原子面所产生。

这个原子面的插入使上半部分晶体中的原子受到挤压，而使下半部分晶体中的原子受到拉伸。

按照弹性力学理论可以得到，刃型位错的位移场诸分量为：相应的，各应力分量为：3．位错的应变能位错的能量可以分为两部分：位错中心畸变能Ec 和位错应力场引起的弹性应变能Ee。

位错中心区域由于点阵畸变很大，不能用胡克定律，而需借助于点阵模型直接考虑晶体结构和原子间的相互作用。

据估算，这部分能量大约为总应变能的1/10～1/15 左右，故常予以忽略，而以中心区域以外的弹性应变能代表位错的应变能，此项能量可以采取连续介质弹性模型根据单位长度位错所作的功求得。

基于分子动力学的常用力场、算法及结果分析LT1.11.21.3力场简介分子动力学模拟是计算庞大复杂系统的有效方法，它以力场为依据，力场的完备与否决定计算的可靠程度。

分子的总能量是动能与势能之和，分子的势能通常表示为简单的几何坐标的函数。

一般势能中包括：（1）范德华力，与能量有关的非键相互作用交叉能量项，（2）构成分子的各个化学键在键轴方向上的伸缩运动所引起的能量变化，（3）键角变化引起的分子能量变化，（4）单轴旋转引起分子骨架扭曲所产生的能量变化，（5）离平面振动项，共平面原子的中心原子离平面小幅振动的势能，（6）库伦作用项，带电荷粒子间存在的静电吸引或排斥作用的势能。

力场可以看作是势能面的经验表达式，它是分子动力学模拟的基础、力场是通过原子位置计算体系能量的，与之前的量子力学方法相比，大大节约了计算时间，可用于计算包含上万粒子数目的体系。

势能函数在大多数情况下将描述分子几何形变最大程度地简化为仅仅使用简谐项和三角函数来实现，而非键原子之间的相互作用，则只采用库伦相互作用和兰纳-琼斯势相结合来描述。

势能函数的可靠性主要取决于力场参数准确性，而力场参数通常通过拟合实验观测数据和量子力学从头计算得到的数据。

目前在生物大分子体系模拟中使用最为广泛的分子力场是CHARMM力场[3]和AMBER力场[4]，也是早期研究生物大分子的分子力场，其现有的力场参数仍在不断优化，并且涵盖的分子类型也在扩大。

粗粒化模型在计算生物物理研究中越来越引起人们的关注[5, 6]由于该模型中定义了粗粒化粒子，对应于全原子模型中的若干原子或原子基团甚至分子，减少了体系中的粒子数和自由度，使得模拟的时间和空间尺度得以大幅度提高，虽然会丢失一些原子细节信息，但是这种模型是应用于研究缓慢的生物现象或依赖于大组装体的生物现象[7]，如生物膜的波动，对它的模拟需要巨大的膜片。

1.2常见力场分子动力计算体系由最初的单原子分子系统延伸至多原子分子、聚合物分子、生化分子系统，力场也随着系统复杂度的增加而增加其复杂性。

高考物理最新力学知识点之分子动理论分类汇编及解析一、选择题1．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a ml纯油酸配制成b ml的油酸酒精溶液，现已测得一滴溶液c ml，将一滴溶液滴入水中，油膜充分展开后面积为S cm2，估算油酸分子的直径大小为（）A．acbSB．bcaSC．abcSD．cS2．物质由大量分子组成，下列说法正确的是（）A．1摩尔的液体和1摩尔的气体所含的分子数不相同B．分子间引力和斥力都随着分子间距离减小而增大C．当分子间距离减小时，分子间斥力增大，引力减小D．当分子间距离减小时，一定是克服分子力做功3．下列说法正确的是A．布朗运动就是水分子的热运动B．水结成冰后水分子的热运动停止C．水流速度越大水分子的热运动越剧烈D．布朗运动反映了水分子的运动4．雾霾天气对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。

雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2．5分别表示直径小于或等于10μm、2．5μm的颗粒物（PM是颗粒物的英文缩写）。

某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。

据此材料，以下叙述正确的是（）A．PM10表示直径小于或等于1．0×10-6m的悬浮颗粒物B．PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力C．PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动D．PM2． 5浓度随高度的增加逐渐增大5．下列说法正确的是( ).A．液体表面层的分子分布比较稀疏，分子之间只存在引力，故液体表面具有收缩趋势B．悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动C．当液晶中电场强度不同时，液晶对不同颜色光的吸收强度不同，就显示不同颜色D．高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故6．以下说法正确的是()A．机械能为零、内能不为零是可能的B．温度相同，质量相同的物体具有相同的内能C．温度越高，物体运动速度越大，物体的内能越大D．0 ℃的冰的内能比等质量的0 ℃的水的内能大7．关于下列现象的说法正确的是（）A ．甲图说明分子间存在间隙B ．乙图在用油膜法测分子大小时，多撒痱子粉比少撒好C ．丙图说明，气体压强的大小既与分子平均动能有关，也与分子的密集程度有关D ．丁图水黾停在水面上的原因是水黾受到了水的浮力作用8．如图所示为两分子系统的势能与两分子间距离r 的关系曲线下列说法正确的是（ ）A ．. 当r 大于时，分子间的作用力表现为引力B ．当r 大于时，分子间的作用力表现为引C ．当r 小于时，分子间的作用力表现为斥力D ．在r 由变到的过程中，分子间的作用力做负功9．运用分子动理论的相关知识，判断下列说法正确的是（ ）A ．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数仅与单位体积内的分子数有关B ．生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其它元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成C ．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动是布朗运动D ．某气体的摩尔体积为V ，每个分子的体积为V 0，则阿伏伽德罗常数为0A V N V 10．一定量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程ab 、 bc 、 ca 回到原状态，其p-T 图像如图所示．下列判断错误的是（ ）A ．过程ab 中气体体积一定增大B ．过程bc 中内能不变C．a、 b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小D．b和c两个状态的温度相同11．在以下说法中，正确的是（）A．热量不可能地从低温物体传到高温物体B．质量、温度都相同的氢气和氧气，分子平均动能不同C．液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性特点D．干湿泡温度计的示数差别越大，空气相对湿度越大。

加速分子动力学总结加速分子动力学在用MD进行模拟预测时，因为运动积分方程的积分时间步大约为飞秒量级，计算量巨大，而且因为时间积分本质上是有顺序的，直接并行计算起不了多大作用，模拟只能在有限的时间尺度进行(比如纳米尺度或者至多是微秒尺度)，严重阻碍了时间演化较长的物理化学过程的模拟。

近二十年来，针对传统MD模拟时间尺度较小的缺陷，学者们做出不懈努力，已经提出了一些改进的加速分子动力学方法。

一种方法是从模拟方法学上改进，粗粒化方法就是其中之一;另一种方法是完善模拟算法，提高信息采样有效[44]性，Voter等人发展的加速分子动力学方法是其中的典型代表，相对于直接MD模拟，他们的方法将时间尺度提高了几个数量级，而且可以应用到空穴流动，扭转成核、颗粒增长、界面演化等广泛的材料问题中。

此外，由于计算机硬件的发展， Graphic Processing Units (GPU,图形处理器)在科学计算中的应用越来越广泛，从而引发了计算化学革命。

许多学者在通过利[45]用GPU，提高MD计算效率方面做出了许多尝试。

东南大学的杨决宽首先在[46]GPU上进行MD模拟，模拟较传统MD方法效率提高了10倍;中科院过程所在[47-48]这方面已经取得了一些重要进展。

不过由于基于GPU与CPU的编程架构和方法有很大区别，在此将不对GPU加速方法作详细介绍。

注:GPU是计算机中用来处理可视化效果尤其是3D 效果的处理器。

为了能够使图像更加逼真，每一个GPU 中往往包含有上百个计算单元，且可以同时进行并行计算,这样的特性使得GPU成为了比CPU更适合进行科学计算的处理器。

比如英伟达公司的G70显卡，每秒的浮点数运算达到了165Gflops，而一个3Hz的[49]Pentium 4处理器，理论运算峰值大约为6 Gflops。

以下将主要简要介绍加速Voter提出的三种分子动力学加速方法。

1 Hyper dynamics(超动力学)[50]超动力学方法是Voter在1997年提出的。