3.2初始条件

我们可以通过从实验得出来的数据和理论模型来确定这个系统的初始位置，形态和初速度。对于我们所研究的纯铁体系，由于金属属于晶体结构，原子排布长程有序，所以可以通过采用简单指定晶体类型并向三维扩展的方式来指定系统的初始位形。另外一方面，由统计物理学可知，粒子的速度与动能有关，而动能由温度决定的。由此，指定了系统的温度，即规定了粒子的初始速度。分子动力学中，在指定温度下，我们一般采用高斯分布赋予原子初速度。

3.3分子动力学的基本原理 

分子动力学主要是基于牛顿第二定律，我们假设一个分子根据牛顿运动定律所运动，根据经典力学来了解系统中原子在各个方向上受力的情况，求解出分子的加速度位置等。

a=(d^2 r_i)/(dt^2 )=F_i/m_i                            （1）

式中a为原子i的加速度，ri为原子i的位置，t为时间，Fi为原子i所受的合力，mi为原子i的质量。 同样，我们知道，原子i所受的合力等于能量关于路径求一阶导数

             F_i=-(∂E_pot)/(∂r_i )                          （2）

式（2）中，Epot为系统的势能，其大小等于系统中其它原子对原子i的作用势能之和。

结合公式（1）和（2）可知，在已知原子间相互作用能的前提下，可以通过简单牛顿方程求解原子在时间t上的加速度。当原子的初始位置和初速度都已经确定的情况下，结合加速度，即可求解原子在任意时间步长上的坐标及速度，从而得到原子运动轨迹，从原子层面观察体系在某一过程中的变化并分析其机理。此外，系统的宏观物理量，例如温度和应力等，可采用统计物理学方法，结合原子的速度求解。图2为分子动力学计算流程图。

3.4 边界条件

边界条件决定了所研究体系与外界的接触情况。分子动力学中，一般有周期性边界条件、自由边界条件、柔性边界条件等。下面我们对本课题中所采用的周期性边界条件和自由边界条件加以说明。

3.4.1 周期性边界条件

一个物体的宏观性质取决和受制于这个物质无数的粒子而决定的。所以我们要尽可能模拟最多的粒子来研究这个物质，然而受限于计算能力，实际中并不可能模拟与实际情况中所包含粒子数相同的体系。为了解决这个问题，我们引入了周期性边界条件。通常情况下，我们取一般为立方体的中心元胞来当这个周期性边界条件的模拟系统。中心元胞呈周期性重复排列在我们已知的三维空间上，以保证实际模拟系统的大小。我们可以将三个方向上均设置为周期性边界条件的系统实际时一个无穷大的系统。周期性边界条件下原胞中的某一粒子不仅与同一原胞中的粒子相互作用，也与相邻元胞中的粒子相互作用。当某一粒子从该元胞的一个面上离开元胞时，必然有一个粒子从对应的面进入该元胞，从而保证每个元胞内的粒子数为定值。周期性边界条件解决了模拟中所能计算的粒子数目有限的问题。但是它依旧是一个近似值，类似于伪长程有序。周期性边界条件适合于模拟体积较大的块状材料。