آموزش شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از LAMMPS(مکانیک)

چرا شبیه سازی مولکولی برای ما اهمیت دارد ؟

امروزه تاثیر شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) در زیست شناسی مولکولی وساخت دارو ها به طرز چشمگیری گسترش یافته . شاید اساسی ترین و شهودی ترین کاربرد شبیه سازی، ارزیابی تحرک یا انعطاف پذیری مناطق مختلف یک مولکول زیستی باشد. روش های آزمایشی تعیین ساختار مانند کریستالوگرافی اشعه ایکس و کرایو-EM به طور کلی ساختار متوسطی را به دست می دهند. با بررسی ساده شبیه‌سازی چنین ساختاری، می‌توان میزان حرکت نواحی مختلف مولکول در حالت تعادل و انواع نوسانات ساختاری را تعیین کرد. در مهندسی مکانیک نیز این شبیه سازی یک روش کارآمد برای بررسی خواص مکانیکی و رفتار مواد تحت شرایط بارگذاری مختلف، مانند بارگذاری کششی، بارگذاری فشاری، بارگذاری برشی، نانو فرورفتگی و نانوخراش و ... است .

حال که با اهمیت شبیه سازی دینامیک مولکولی آشنا شدیم به روش انجام آن با استفاده از نرم افزار LAMMPS خواهیم پرداخت .

اول از همه بریم سراغ خود واژه LAMMPS; مخفف شده ی عبارت Large-scale Atomic Molecular Massively Parallel هستش. یعنی اینکه یک نرم افزار شبیه سازی اتمی/مولکولی در مقیاس های بزرگ هستش که فرایند آن بصورت موازی پردازش میشود. در کلی‌ترین مفهوم، LAMMPS معادلات حرکت نیوتن را برای مجموعه‌ای از ذرات متقابل ادغام می‌کند. یک ذره می تواند یک اتم یا مولکول یا الکترون، یک خوشه درشت دانه از اتم ها، یا یک توده مزوسکوپیک یا ماکروسکوپیک از مواد باشد. مدل‌های تعاملی که LAMMPS شامل می‌شود، عمدتاً ماهیت کوتاه‌برد دارند. برخی از مدل های دوربرد نیز گنجانده شده است. با این نرم افزار میشه که شبیه سازی های پیچده بر مبنای مکانیک کلاسیک را بصورت موازی انجام داد. همچنین بخاطر دقت بالا و دقیق بودن در بررسی های اتمی مواد، بشدت مورد استقبال پژوهشگران در حوزه فیزیک، شیمی، بیوفیزیک، زیست شناسی و مکانیک قرار گرفته است.

با استفاده از لمپس می توان سیستم‌های اتمی، پلیمری، بیولوژیکی، حالت جامد (فلزات، سرامیک، اکسیدها)، دانه‌ای، درشت دانه یا ماکروسکوپی را با استفاده از انواع پتانسیل‌های بین اتمی (میدان‌های نیرو) و شرایط مرزی مدل‌سازی کرد . همچنین می توان سیستم های 2 بعدی یا 3 بعدی را با اندازه های مختلف از چند ذره تا میلیاردها مورد بررسی قرارداد .

 به کمک این دوره نحوه کد زنی در این نرم افزار را یاد میگیرین و با مثال های شبیه سازی مواد مختلف میتونین کد خروجی را تحلیل کنین.

مخاطبین دوره : دانش جویان رشته های مهندسی مکانیک ، مهندسی مواد ، مهندسی شیمی ، مهندسی برق ، فیزیک ، شیمی ، زیست شناسی  و ...