A first order FEM-based formulation for the analysis of molecular structures with bonded interactions

Der Artikel stellt eine neuartige, auf FEM basierende Formulierung erster Ordnung zur Analyse molekularer Strukturen mit gebundenen Wechselwirkungen vor. Die Beschränkungen aktueller Methoden werden durch die Einführung der Molekularen Elementmethode (MEM) angegangen, die eine rigorose Analyse molekularer Strukturen erster Ordnung unter Verwendung gemeinsamer Kraftfelder wie GROMOS, AMBER, CHARMM und DREIDING ermöglicht. Die MEM-Formulierung ermöglicht Berechnungen im linearen Regime, ähnlich wie FEM in makroskaligen Strukturen, und wird sowohl durch theoretische als auch durch experimentelle Ergebnisse validiert. Die Methode behandelt verschiedene geometrische Deskriptoren und Potenziale, einschließlich Streck-, Winkel- und Flächenwechselwirkungen, und behandelt Singularitäten in linearen Molekülen und Flächenformen. Anwendungen umfassen Schwingungsmodi und statische Fälle wie Kohlenstoff-Nanoröhren und Graphen-Platten, die vielversprechende Ergebnisse bei der Ausbreitung von Biegewellen zeigen. Die Formulierung schließt die Lücke zwischen klassischer Strukturmechanik und rechnerischer Molekulardynamik und stellt ein vielseitiges Werkzeug für die mehrskalige Modellierung dar.