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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分分子动力学方法分子动力学方法Molecular Dynamics SimulationQing-Yu ZhangState Key Laboratory for Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学
2、是在原子、分子水平上求解多体问题分子动力学是在原子、分子水平上求解多体问题的重要的计算机模拟方法，可以预测纳米尺度上的重要的计算机模拟方法，可以预测纳米尺度上的材料动力学特性。的材料动力学特性。v通过求解所有粒子的运动方程，分子动力学方法通过求解所有粒子的运动方程，分子动力学方法可以用于模拟与原子运动路径相关的基本过程。可以用于模拟与原子运动路径相关的基本过程。v在分子动力学中，粒子的运动行为是通过经典的在分子动力学中，粒子的运动行为是通过经典的Newton运动方程所描述。运动方程所描述。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力
3、系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v原子体系的运动方程原子体系的运动方程Lagrangian方程方程定义定义Lagrangian函数为函数为 L= K-VL= K-V则运动的则运动的Lagrangian方程为方程为0ddkkqqtLL变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v原子体系的运动方程原子体系的运动方程Lagrangian方程方程kkkkkkkkkqppqpqqpHHLHL),(),(qqqp变电站电气主接线
4、是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v原子体系的运动方程原子体系的运动方程Viiiiiiimmrfrpr 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-预测校正法预测校正法预测校正法是分子动力学模拟中的常用算法之一，预测校正法是分子动力学模拟中的常用算法之一，其基本思想是其基本思想是Taylor展开：展开：)
5、()()()(ttttttttttttttttttttttttppppbbbaabavvbavrr)()()()(21)()()(61)(21)()(232变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-预测校正法预测校正法根据新的原子位子根据新的原子位子rp，通过运动方程可以获得校，通过运动方程可以获得校正后的正后的ac(t+ t)。定义预测误差。定义预测误差)()()(ttttttpcaaa)()()()()()()()()()()
6、()(3210ttctttttctttttctttttctttpcpcpcpcabbaaaavvarr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Gear预测校正因子预测校正因子定义一组矢量：定义一组矢量：)dd(61)dd(21)dd(3033320222010ttttttrrrrrrr原子的位置变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分
7、微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Gear预测校正因子预测校正因子)()()()(1000310032101111)()()()(32103210ttttttttttttpppprrrrrrrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Gear预测校正因子预测校正因子rrrrrrrrr321032103210)()()()()()()()(ccccttttttttttttttttppppccc
8、c变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Gear预测校正因子预测校正因子对于一阶运动方程对于一阶运动方程)(rrfpc11rrrValuesc0c1c2c3c4c535/1211/243/813/41/65251/720111/121/31/24695/288125/2435/725/481/120变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组
9、成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Gear预测校正因子预测校正因子对于二阶运动方程对于二阶运动方程)(rrf pc22rrrValuesc0c1c2c3c4c5301141/65/611/3519/1203/411/21/1263/20251/360111/181/61/60变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Gear预测校正因子预测校正因子对于二阶运动方程对于二阶运动方程)(rr
10、r ,fValuesc0c1c2c3c4c5301141/65/611/3519/903/411/21/1263/16251/360111/181/61/60pc22rrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Verlet算法算法ttttttttttttttttttttttttttt2)()()()()()()()()()()()()(-)(2)(2212212rrvavrravrrarrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、
11、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-速度速度Verlet算法算法)()()()()()()()()()()()()()(2121212121221ttttttttttttttttttttttttttavvavvaavvavrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-leap-frog算法算法)(
12、)()()()()()()()(212121212121tttttttttttttttttvvvavvvrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v有限差分方法有限差分方法-Verlet算法比较算法比较变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v力场的截断力场的截断在分子动力学中，出于计算上的考虑，在分子动力学中，出于
13、计算上的考虑，力场的截力场的截断是必须的断是必须的，即在某一范围内力场是有效的，因，即在某一范围内力场是有效的，因此会导致一些计算上的困难。此会导致一些计算上的困难。势函数直接截断：势函数直接截断：cijcijcijijSrrrrrr0-)()(VVV变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v力场的截断力场的截断力场连续的势函数截断：力场连续的势函数截断：cijcijcijrrijijcijijSrrrrrrrrrrcij0)()d)(d(-)()(VVV
14、V变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v力场的截断力场的截断变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v近邻表近邻表- Verlet近邻表近邻表RListUpdateintervalTimeN=256 N=500No2.602.702.903.103.433.50-5.7812.5026.3243.4883.3310
15、0.003.332.242.172.282.472.89-10.004.934.554.514.79-5.86变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v近邻表近邻表- 网格近邻表网格近邻表 l = L/M rc Nc=N/Md ftime=3dNNc/0.5N(N-1)变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v近邻表近
16、邻表- 网格近邻表网格近邻表变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等温分子动力学等温分子动力学-随机方法随机方法采用随机数重新标定系统的速度采用随机数重新标定系统的速度动量空间新旧状态的几率比为动量空间新旧状态的几率比为oldnewrr)1 ()1ln(3) 1)1()exp(2221NmAAioldoldnewr /变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分
17、微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等温分子动力学等温分子动力学-扩展系统方法扩展系统方法增加一个热池，允许热流在系统和热池之间交换。增加一个热池，允许热流在系统和热池之间交换。为额外增加的自由度smss/prv QpsQsTkfssBs2ln12221/K)(VsTkfsmsQssmsiBisss/)(/VVKKL1222rrfr 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等温分子动力学等温分子动力学-约束方法约束方法利用速度调整因子约束系统的
18、温度。利用速度调整因子约束系统的温度。iiiiim2)(pfppprfppr,/变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等温分子动力学等温分子动力学-约束方法约束方法)(TkkQfmBBT/pfppr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等温分子动力学等温分子动力学-约束方法约束方法vvfpprnewTTttm1
19、/2)1(1T(/变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等压分子动力学等压分子动力学-扩展系统方法扩展系统方法增加一个增加一个“活塞活塞”， “活塞活塞”具有质量具有质量Q，体积体积V。QPVVVsmVssmVsVsVsVPVVQVViiVVPVVKKLKVVVK 32)(3132313131221221fvr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度
20、微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等压分子动力学等压分子动力学-约束方法约束方法 iiijijiiiijijijijijiiPVrxrrxVVm9)()/()(3)()(2m22m1m2pprfpprpprfprprpr,变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v等压分子动力学等压分子动力学-约束方法约束方法rr31)(1dd/PPPnewPTPPtttPt变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主
21、接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学演示分子动力学演示变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-薄膜生长薄膜生长020040060080010000.01.02.03.04.05.0time (ps)temperature (K)0.1 eV050010001500200025000.01.02.03.04.05.0time (ps)temperature (K)
22、10.0 eVEvolution of substrate temperatures at various incident energy变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-薄膜生长薄膜生长0.1 eV 10.0 eV Morphologies of Au/Au(001) films at various incident energy变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任
23、务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-薄膜生长薄膜生长MD simulation of Cu/Ni multilayer films by IBAD Zhou et al, J. Appl. Phys. 87 (2000)No ion bombardmentEXe = 0.5 eV变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-薄膜生
24、长薄膜生长T= 300 KT= 713 KEpitaxial growth process of SrO on SrTiO3(100) surface terminated by TiO2 atomic layerKubo et al, J. Chem Phys. 109 (1998)变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-高分子链高分子链变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任
25、务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-脆性断裂脆性断裂变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-晶界行为晶界行为变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微观尺度微观尺度材料设计材料设计 分子动力学v分子动力学的应用分子动力学的应用-纳米晶体纳米晶体