Мультискейлінговий гібридний метод з локалізованим обмеженням. II. Гібридні рівняння руху, основані на варіаційних принципах
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe69.4.269Ключові слова:
молекулярна динамiка, мультискейлiнговий метод, функцiя контрольного об’єму, гiдродинамiчнi рiвняння, рiвняння руху, принцип найменшої дiї, принцип Ґауса, обмеженняАнотація
Для опису динамiки гiбридних частинок було розроблено систему мультискейлiнгового моделювання, що використовує принципи молекулярної динамiки та гiдродинамiки. Ґрунтуючись на принципi найменшої дiї, ми отримали рiвняння руху гiбридних частинок, якi узгоджуються iз принципом найменших обмежень Ґауса, що свiдчить про їхню точнiсть та застосовнiсть при рiзних обмеженнях, накладених на систему. Запропоновану схему використано при моделюваннi рiвноважного стану рiдинного аргону в рамках пакету GROMACS. Продемонстровано узгодженiсть отриманих стандартних вiдхилень густини з результатами суто гiдродинамiчного моделювання, що пiдтверджує надiйнiсть запропонованої моделi.
Посилання
G. Ayton, G.A. Voth. Bridging microscopic and mesoscopic simulations of lipid bilayers. Biophys. J. 83, 3357 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(02)75336-8
M. Bakumenko, V. Bardik, D. Nerukh. The multiscale hybrid method with a localized constraint. I. A modified control volume function for the hybridized mass and momentum equations. Ukr. J. Phys. 68, 8 (2023).
https://doi.org/10.15407/ujpe68.8.517
A.M. Bloch. Nonholonomic Mechanics and Control (Springer, 2003).
https://doi.org/10.1007/b97376
E. Smith. On the Coupling of Molecular Dynamics to Continuum Computational Fluid Dynamics (Imperial College London, 2013).
G. De Fabritiis, R. Delgado-Buscalioni, P.V. Coveney. Multiscale modeling of liquids with molecular specificity. Phys. Rev. Lett. 97 (13), 134501 (2006).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.134501
M.R. Flannery. The elusive d'Alembert-Lagrange dynamics of nonholo-nomic systems. American J. Phys. 79, 932 (2011).
https://doi.org/10.1119/1.3563538
M.R. Flannery. D'Alembert-Lagrange analytical dynamics for nonholo-nomic systems. J. Math. Phys. 52 (3), 032705 (2011).
https://doi.org/10.1063/1.3559128
M.R. Flannery. The enigma of nonholonomic constraints. Am. J. Phys. 73 (3), 265 (2005).
https://doi.org/10.1119/1.1830501
E.G. Flekkoy, G. Wagner, J. Feder. Hybrid model for combined particle and continuum dynamics. Europhysics Lett. 52, 271 (2000).
https://doi.org/10.1209/epl/i2000-00434-8
D. Freedman, R. Pisani, R. Purves. Statistics (W.W. Norton & Company, 2007).
H. Goldstein, C. Poole, J. Safko. Classical mechanics. American J. Phys. 70 (7), 782 (2002).
https://doi.org/10.1119/1.1484149
D.T. Greenwood. Advanced Dynamics (Cambridge University Press, 2003).
https://doi.org/10.1017/CBO9780511800207
J. Hu, I.A. Korotkin, S.A. Karabasov. A multi-resolution particle/fluctuating hydrodynamics model for hybrid simulations of liquids based on the two-phase flow analogy. J. Chem. Phys. 149 (8), 084108 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5040962
J.H. Irving, J.G. Kirkwood. The statistical mechanical theory of transport processes. IV. The equations of hydrodynamics. J. Chem. Phys. 18 (6), 817 (1950).
https://doi.org/10.1063/1.1747782
P.M. Kasson, V.S. Pande. Cross-graining: Efficient multiscale simu-lation via Markov state models. Pacific Symposium on Biocomputing 15, 260 (2010).
https://doi.org/10.1142/9789814295291_0028
I. Korotkin, S. Karabasov, D. Nerukh et al. A hybrid molecular dynamics/fluctuating hydrodynamics method for modelling liquids at multiple scales in space and time. J. Chem. Phys. 143 (1), 014110 (2015).
https://doi.org/10.1063/1.4923011
I.A. Korotkin, S.A. Karabasov. A generalised Landau-Lifshitz fluctuating hydrodynamics model for concurrent simulations of liquids at atomistic and continuum resolution. J. Chem. Phys. 149 (24), 244101 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5058804
E. Kotsalis, J. Walther, E. Kaxiras, P. Koumoutsakos. Control algorithm for multiscale flow simulations of water. Phys. Revi. E 79 (4), 045701(R) (2009).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.79.045701
R. Lonsdale et al. A multiscale approach to modelling drug metabolism by membrane-bound cytochrome P450 enzymes. PLoS Computational Biology 10, e1003714 (2014).
https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1003714
A. Markesteijn, S. Karabasov, A. Scukins et al. Concurrent multiscale modelling of atomistic and hydrodynamic processes in liquids. Philos. Trans. R. Soc. A 372 (2021), 20130379 (2014).
https://doi.org/10.1098/rsta.2013.0379
J. Marrink et al. The MARTINI force field: Coarse grained model for biomolecular simulations. J. Phys. Chem. B 111 (27), 7812 (2007).
https://doi.org/10.1021/jp071097f
G.P. Morriss, C.P. Dettman. Thermostats: Analysis and application. Chaos 8 (2), 321 (1998).
https://doi.org/10.1063/1.166314
N. Nangia, H. Johansen, N. Patanka et al. A moving control volume approach to computing hydro- dynamic forces and torques on immersed bodies. J. Computational Phys. 347, 437 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.jcp.2017.06.047
X.B. Nie, S.Y. Chen, W.N. E, M.O. Robbins. A continuum and molecular dynamics hybrid method for micro-and nano-fluid flow. J. Fluid Mech. 500, 55 (2004).
https://doi.org/10.1017/S0022112003007225
S.T. O'Connell, P.A. Thompson. Molecular dynamics-continuum hybrid computations: A tool for studying complex fluid flows. Phys. Rev. E 52 (6), R5792 (1995).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.52.R5792
J.T. Padding, W.J. Briels. Systematic coarse-graining of the dynamics of entangled polymer melts: The road from chemistry to rheology. J. Phys.: Condensed Matter 23, 233101 (2011).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/23/23/233101
J.T. Padding, W.J. Briels. Time and length scales of polymer melts studied by coarse-grained molecular dynamics simulations. J. Chem. Phys. 117, 925 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1481859
E. Pavlov, M. Taiji, A. Scukins et al. Visualising and controlling the flow in biomolecular systems at and between multiple scales: from atoms to hydrodynamics at different locations in time and space. Faraday Discussions 169, 285 (2014).
https://doi.org/10.1039/C3FD00159H
C.S. Peskin. The immersed boundary method. Acta Numerica 11, 479 (2002).
https://doi.org/10.1017/S0962492902000077
E.J. Saletan, A.H. Cromer. A variational principle for nonholonomic systems. American J. Phys. 38 (7), 892 (1970).
https://doi.org/10.1119/1.1976488
E.R. Smith, D.M. Heyes, D. Dini, T.A. Zak. A localized momentum constraint for non-equilibrium molecular dynamics simulations. J. Chem. Phys. 142 (7), 074110 (2015).
https://doi.org/10.1063/1.4907880
N.A. Spenley. Scaling laws for polymers in dissipative particle dynamics. Europhys. Lett. 49, 534 (2000).
https://doi.org/10.1209/epl/i2000-00183-2
V. Symeonidis, G. Em Karniadakis, B. Caswell. Dissipative particle dynamics simulations of polymer chains: Scaling laws and shearing response compared to DNA experiments. Phys. Rev. Lett. 95, 076001 (2005).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
