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Ressourceneffiziente Optimierung von Hohlkörpern aus Kunststoff mittels Multiskalensimulation
(2017)
Ressourceneffiziente Optimierung von Hohlkörpern aus Kunststoff mittels Multiskalensimulation
(2017)
Die mechanischen Eigenschaften von extrusionsblasgeformten Kunststoffhohlkörpern hängen wesentlich von den vom Verarbeitungsprozess beeinflussten Materialeigenschaften ab. Ziel der dargestellten Untersuchung ist, prozessabhängige Materialkennwerte in Simulationsprogrammen zu berücksichtigen und damit deren Vorhersagegenauigkeit zu erhöhen. Hierzu ist die Schaffung einer Schnittstelle zwischen Prozess- und Bauteilsimulation notwendig. Darüber hinaus wird vorgestellt, wie Simulationen auf Mikroebene (molekulardynamische Simulationen) genutzt werden können, um Materialkennwerte ohne die Durchführung eines Realexperiments zu ermitteln.
Herein we report an update to ACPYPE, a Python3 tool that now properly converts AMBER to GROMACS topologies for force fields that utilize nondefault and nonuniform 1–4 electrostatic and nonbonded scaling factors or negative dihedral force constants. Prior to this work, ACPYPE only converted AMBER topologies that used uniform, default 1–4 scaling factors and positive dihedral force constants. We demonstrate that the updated ACPYPE accurately transfers the GLYCAM06 force field from AMBER to GROMACS topology files, which employs non-uniform 1–4 scaling factors as well as negative dihedral force constants. Validation was performed using β-d-GlcNAc through gas-phase analysis of dihedral energy curves and probability density functions. The updated ACPYPE retains all of its original functionality, but now allows the simulation of complex glycomolecular systems in GROMACS using AMBER-originated force fields. ACPYPE is available for download at https://github.com/alanwilter/acpype.
Wo Laborexperimente zu aufwendig, zu teuer, zu langsam oder zu gefährlich oder Stoffeigenschaften gar nicht erst experimentell zugänglich sind, können Computersimulationen von Atomen und Molekülen diese ersetzen oder ergänzen. Sie ermöglichen dadurch Reduktion von Kosten, Entwicklungszeit und Materialeinsatz. Die für diese Simulationen benötigten Molekülmodelle beinhalten zahlreiche Parameter, die der Simulant einstellen oder auswählen muss. Eine passende Parametrierung ist nur bei entsprechenden Kenntnissen über die Auswirkungen der Parameter auf die zu berechnenden Größen und Eigenschaften möglich. Eine Gruppe von Standardparametern in molekularen Simulationen sind die Partialladungen der einzelnen Atome innerhalb eines Moleküls. Die räumliche Ladungsverteilung innerhalb des Moleküls wird durch Punktladungen auf den Atomzentren angenähert. Für diese Annäherung existieren diverse Ansätze für verschiedene Molekülklassen und Anwendungen. In diesem Teilprojekt des Promotionsvorhabens wurde systematisch der Einfluss der Wahl des Partialladungssatzes auf potentielle Energien und ausgewählte makroskopische Eigenschaften aus Molekulardynamik-Simulationen evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere bei stark polaren Molekülen die Auswahl des geeigneten Partialladungssatzes entscheidenden Einfluss auf die Simulationsergebnisse hat und daher nicht naiv, sondern nur ganz gezielt getroffen werden darf.
Off-lattice Boltzmann methods increase the flexibility and applicability of lattice Boltzmann methods by decoupling the discretizations of time, space, and particle velocities. However, the velocity sets that are mostly used in off-lattice Boltzmann simulations were originally tailored to on-lattice Boltzmann methods. In this contribution, we show how the accuracy and efficiency of weakly and fully compressible semi-Lagrangian off-lattice Boltzmann simulations is increased by velocity sets derived from cubature rules, i.e. multivariate quadratures, which have not been produced by the Gauss-product rule. In particular, simulations of 2D shock-vortex interactions indicate that the cubature-derived degree-nine D2Q19 velocity set is capable to replace the Gauss-product rule-derived D2Q25. Likewise, the degree-five velocity sets D3Q13 and D3Q21, as well as a degree-seven D3V27 velocity set were successfully tested for 3D Taylor-Green vortex flows to challenge and surpass the quality of the customary D3Q27 velocity set. In compressible 3D Taylor-Green vortex flows with Mach numbers Ma={0.5;1.0;1.5;2.0} on-lattice simulations with velocity sets D3Q103 and D3V107 showed only limited stability, while the off-lattice degree-nine D3Q45 velocity set accurately reproduced the kinetic energy provided by literature.
Structural and Dynamical Properties of Polystyrene Determined by Coarse-Graining MD Simulations
(2007)
We present results from a detailed study of a new, optimized coarse-grained (CG) model of polystyrene (PS) and compare it with a recently published one (Harmandaris et al., Macromolecules 2006, 39, 6708). We will explain in detail, what led us to a different mapping scheme and put that into the general framework, with special emphasis on the aspect of time mapping. The new model is tested against the structural and dynamic properties of PS, resulting from atomistic simulations.