LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)-課件

LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)常用模擬軟件Lammps功能和原理LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/261LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)常用模擬軟件LAMMPS軟件LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)NAMD：免費

主要針對與生物和化學軟材料體系，程序設計水平高，計算效率高。有很好的分析輔助軟件VMD。AMBER

主要針對生物體系，也適當兼容一般化學分子。有很好的內(nèi)置勢能模型，自定義新模型和新分子很方便，有很完善的維護網(wǎng)站。計算效率不高運算速度慢。CHARMM

主要針對生物體系，也包含部分化學體系。勢能模型更新很快自定義新模型比較方便。計算效率低。LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/262LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)NAMD：免費LAMMPS軟GROMACS免費

主要針對生物體系，也適當照顧一般化學體系。算法好，計算效率高。界面友好，維護服務好。TINKER免費

一般性分子動力學軟件，對生物體系略有偏重。優(yōu)點

支持多種模型。仍在開發(fā)中，某些方面還不完善。DL-POLY

一般性分子模擬軟件，界面友好，計算效率高。維護服務很好。MaterialsStudioLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/263GROMACS免費LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)pptLAMMPS免費

一般性分子模擬軟件。

兼容當前大多數(shù)的勢能模型，編程水平高，計算效率高?？梢阅M軟材料和固體物理系統(tǒng)。

MaterialsExplorer

立足于Windows平臺的多功能分子動力學軟件。擁有強大的分子動力學計算及MonteCarlo軟件包，是結合應用領域來研究材料工程的有力工具。MaterialsExplorer可以用來研究有機物、高聚物、生物大分子、金屬、陶瓷材料、半導體等晶體、非晶體、溶液，流體，液體和氣體相變、膨脹、壓縮系數(shù)、抗張強度、缺陷等。MaterialsExplorer軟件中包含2Body，3Body，EAM，AMBER等63個力場可供用戶選擇。MaterialsExplorer軟件擁有完美的圖形界面，方便使用者操作。LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/264LAMMPS免費LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Lammps初識

Lammps的功能

Lammps的原理

Lammps的特點

Lammps的應用LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/265LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Lammps初識LAMMPLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Lammps程序是一個經(jīng)典分子動力學計算程序。全稱Large-scaleAtomic/MolecularMassivelyParallelSimulator官方網(wǎng)址：/

國內(nèi)交流論壇：LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/266LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Lammps程序是一個經(jīng)典分LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)能（features）一般意義（并行化，可擴充，腳本化輸入，接口化編譯）專門意義（能建模原子類型，有什么力場，有那些原子操作，如何設置系綜/邊界/約束，積分方法，輸出控制，前后圖形處理，以及具有一些什么特色功能）不能（non-features）-非圖形化界面，不能自動建立分子結構模型和分配力場參數(shù)，不具有復雜的分析的手段，不能可視化輸出結果補救：Pizza.py工具包，用于建模和分析以及可視化，但是功能不夠強大。必須一些其他前后處理軟件（幾何建模，物理建模，可視化分析）結合使用，接口方法。LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/267LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)能（features）LAMLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)編寫、輸入模擬程序運行模擬可視化結果分析輸出結果LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/268LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)編寫、輸入模擬程序運行模擬可LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)InitializationAtomdefinitionSettingsRunasimulation后面的兩個部分可以按照需要多次重復。LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/269LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)InitializationLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)從勢場角度看：建模軟物質（生物分子，聚合物），固態(tài)材料（金屬，半導體），以及粗粒子和介觀材料。更一般的說是lammps程序是用來建模原子/介觀/連續(xù)尺度物質以及其在熱、力學、化學條件下的性質的模擬軟件，因此是系統(tǒng)化方法。Lammps程序運行環(huán)境：單CPU和多CPU，采用的是消息響應和模擬域的空間分解并行機制。Lammps程序代碼共享和模塊化設計，具有功能易于擴充的特性。新版采用C/C++語言書寫，周期性發(fā)布，以日期為為準，不斷更新一些bug和增加一些功能。腳本語言應用開發(fā)。美國能源部下屬的圣地亞國家實驗室發(fā)布，主要作者：StevePlimpton,AidanThompson,andPaulCrozier網(wǎng)上郵件組可以解決和及時交流LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2610LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)從勢場角度看：建模軟物質（生LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)明確自己的問題和方向，選擇正確的工具要做的是什么問題，屬于物理，化學，力學，材料，還是都有？能否具體到希望要作出什么結果？實驗和理論上是否有相似的研究？再看問題是否適合lammps程序？是否有別的程序可以替代選擇或者聯(lián)合選擇？計算環(huán)境搭建可行性分析現(xiàn)有計算機條件:

硬件水平?jīng)Q定模擬的規(guī)模是否有相關的支持：軟件環(huán)境團隊學習的重要：交流是非常重要學習一點分子動力學基礎物理學基礎：原子論，量子論，簡單的數(shù)學材料學基礎：結構化材料，晶體理論統(tǒng)計力學基礎：熱力學知識，統(tǒng)計分布專業(yè)基礎：熱流熱導分析，應力分析，輻射損傷分析，蛋白質計算機基礎：程序學習和改進，編程和硬件識別LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2611LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)明確自己的問題和方向，選擇正LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)求人不如求己準備一份紙版，一份電子版放置在桌面。養(yǎng)成良好的學習習慣幾個章節(jié)必須看（1-1,2,3；2-2,3,5,6,7；3-1,2,3；4-all)讀做例子有感覺（melt，crack，shear）錯誤信息自己找（完美的錯誤提示信息）隨手整理做記錄命令學習（工具體現(xiàn)）命令名稱：基本上告訴你意義書寫格式：腳本語言的特色格式選項說明：嚴格遵守，最好理解含義范例書寫：有助于自己寫腳本注意事項：特別的地方相關命令：命令分類學習，比如輸入有那些方式，勢函數(shù)定義有哪幾類？LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2612LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)求人不如求己LAMMPS軟件LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)unitdimensionnewtonprocessorsboundaryatomstyleatommodifyatomtype選擇單位系統(tǒng)，L-J、real、metal2Dor3D?默認是3D邊界條件：周期性邊界or自由邊界？定義你的模擬體系中的原子屬性告訴lammps在你的模擬中使用何種力場？pair_style,bond_style,angle_style,dihedral_style,improper_styleLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2613LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)unit選擇單位系統(tǒng)，L-JLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)應用步驟—程序安裝安裝平臺環(huán)境（考慮不同的操作系統(tǒng)，是否并行計算）簡單易行的安裝Windows下：命令行執(zhí)行方式Linux下：編譯選擇項幾個關鍵點：編譯器的選擇；并行庫的位置，相關庫的位置應用步驟--實例學習輸入腳本格式書寫：3-1節(jié)內(nèi)容，積木式搭建分塊命令學習方法：

幾何模型構建：atom_style,boundary,dimension，unitscreate_atoms,create_box,lattice,read_data,read_restart,region,replicate

物理模型構建：angle_coeff,angle_style,bond_coeff,bond_style,dielectric,dihedral_coeff

過程模型構建：Fix：isanyoperationthatisappliedtothesystemduringtimesteppingorminimization.Examplesincludeupdatingofatompositionsandvelocitiesduetotimeintegration,controllingtemperature,applyingconstraintforcestoatoms,enforcingboundaryconditions,computingdiagnostics,etc.

輸出模型構建：compute過程計算量，熱力學輸出量（全局量），局部表征量（單個原子、組原子）LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2614LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)應用步驟—程序安裝LAMMPLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)使用L-J勢模擬裂紋的擴展使用EAM勢模擬Ni的剪切行為Cu、Ni等金屬的凝固過程模擬表面能計算LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2615LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)使用L-J勢模擬裂紋的擴展LLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)裂紋lowerupperleftupperleftlowerxyLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2616LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)裂紋lowerupperleLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#2dLJcracksimulation(問題的基本初始化)dimension 2#2維分子動力學模擬boundary ssp#x,y方向不存在周期邊界條件，z方向周期邊界條件。atom_style atomic#原子類型（金屬）Neighbor0.3bin#建近鄰表參數(shù)（rc+0.3）bin表示為近鄰表類型。neigh_modifydelay5#間隔多少載荷步重新形成近鄰表LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2617LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#2dLJcrackLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#creategeometry創(chuàng)建初始幾何構形Latticehex0.93#指定晶格類型（二維hex）和晶格常數(shù)Regionboxblock0100040-0.250.25#定義一個區(qū)域create_box 5box#在指定區(qū)域建立一個simulationbox,5表示原子類型的種類數(shù)create_atoms1box#在simulationbox中創(chuàng)建類型為1的原子（原子位置初始化）Mass11.0Mass21.0Mass31.0Mass41.0Mass51.0#指定單個原子的質量LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2618LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#creategeomeLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#LJpotentials(指定原子作用勢)pair_style lj/cut2.5#指定lj勢，截斷半徑為2.5pair_coeff**1.01.02.5#指定lj勢參數(shù)#definegroups（便于加載）Region1blockINFINFINF1.25INFINFGrouplowerregion1#定義lower組（便于施加外加速度）Region2blockINFINF38.75INFINFINFGroupupperregion2#定義upper組（便于施加外加速度）Groupboundaryunionlowerupper#定義總邊界組Groupmobilesubtractallboundary#定義可動原子組（便于統(tǒng)計溫度）LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2619LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#LJpotentialLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)region leftupperblockINF2020INFINFINFregion leftlowerblockINF20INF20INFINFgroup leftupperregionleftuppergroup leftlowerregionleftlower#定義左上、左下原子組（便于指定裂紋的存在）set groupleftuppertype2set groupleftlowertype3set grouplowertype4set groupuppertype5#指定原子類型（便于指定裂紋的存在）LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2620LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)region leftupLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#initialvelocities初始化速度compute newmobiletemp#定義溫度的計算（可動區(qū)域內(nèi)統(tǒng)計平均）computenew2mobilestress/atom

#定義原子應力的計算（整個區(qū)域）Velocitymobilecreate0.01887723tempnew#按指定的溫度（0.01）計算方法，初始化原子的速度Velocityupperset0.00.30.0#upper原子組y方向的速度為0.3Velocitymobilerampvy0.00.3y1.2538.75sumyes#mobile原子的速初始度從0到0.3線性變化#fixes施加約束fix 1allnve#nve系綜的積分算法fix 2boundarysetforceNULL0.00.0#邊界boundary上力條件，鋼化原子，便于加載??！LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2621LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#initialveloLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#run運行計算timestep 0.003#時間間隔步Thermo200#每200步輸出熱動力學統(tǒng)計量thermo_modifytempnew#計算溫度通過new指示的方法計算neigh_modifyexcludetype23#原子2，3之間作用取消（也就是通過不使他們在近鄰表中出現(xiàn)實現(xiàn)）Dump1allatom500dump.crack#每隔500步將原子信息寫入文件dump.crackDump2mobilecustom500dump2.cracktagxyzc_new2[2]run 5000#進行5000步的模擬LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2622LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#run運行計算LAMMPLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Z‘xY’<100><010><001><011><011>yzLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2623LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Z‘xY’<100><010#3dmetalshearsimulation3維金屬剪切模擬Unitsmetal#采用金屬材料單位boundary ssp#施加z方向的周期邊界條件atom_style atomic#定義原子之間的相互作用（沒有鍵鍵作用）Latticefcc3.52#指定晶格為fcc，晶格常數(shù)3.52埃Regionboxblock016.0010.002.828427#定義區(qū)域box（x上下限，y上下限，z上下限）create_box3box#在box區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建包含3種原子類型的simulationboxLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2624#3dmetalshearsimulation3維LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Latticefcc3.52orientx100orienty011orientz&0-11origin0.500#指定晶格類型、晶格常數(shù)、x,y,z坐標的晶向#&續(xù)行符、晶胞的起始點（0.5表示半個晶格常數(shù)）create_atoms1box#在box區(qū)域內(nèi)建立類型為1的原子pair_style eam#定義原子之間作用勢為嵌入原子勢pair_coeff**Ni_u3.eam#指定嵌入勢參數(shù)文件LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2625LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)Latticefcc3.LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)neighbor 0.3bin#指定原子近鄰列表參數(shù)rc+r1中的r1neigh_modifydelay5#指定近鄰表更新頻率region lowerblockINFINFINF0.9INFINFregion upperblockINFINF6.1INFINFINFgroup lowerregionlowergroup upperregionuppergroup boundaryunionlowerupper#指定邊界組，用于施加邊界條件group mobilesubtractallboundary#指定可動部分組，用于計算溫度LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2626LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)neighbor 0.3bLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)set grouplowertype2set groupuppertype3#設置原子類型lower為2，upper為3Computenew3dmobiletemp#設定溫度計算new3dComputenew2dmobiletemp/partial011#設定溫度計算new2d，忽略x方向速度computenew1dallstress/atom

#設定原子應力計算LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2627LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)set grouplowVelocitymobilecreate300.05812775tempnew3d#初始化mobile區(qū)域原子的速度#使new3d方法計算的溫度為300k？？Fix1allnve#使系綜為nve系綜，同時確定了方程的積分方法Fix2boundarysetforce0.00.00.0#使邊界上原子x，y，z方向的受力均為0Fix3mobiletemp/rescale10300.0300.010.01.0#使用直接調溫法，每10步準備調一次#如果在300+-10k內(nèi)不調#如調的話要求其范圍在300+-1k之內(nèi)fix_modify3tempnew3d#fix3調溫時采用new3d的計算方案LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2628Velocitymobilecreate300.05LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#以下為弛豫過程thermo 25#每25步在屏幕上打印熱動力學統(tǒng)計量thermo_modifytempnew3d#輸出的溫度按new3d方案計算timestep 0.001#時間步長為0.001psrun 100#弛豫100個載荷步LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2629LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#以下為弛豫過程LAMMPSLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#以下為剪切加載velocity upperset1.000#上邊界原子施加x方向的速度velocity mobilerampvx0.01.0y1.48.6sumyes#在y[1.4,8.6]區(qū)域定義0，1之間的vx插值速度#該速度累加到弛豫的速度上Unfix3#釋放弛豫時候的溫度約束3fix 3mobiletemp/rescale10300.0300.010.01.0#重新施加溫度調控約束3fix_modify3tempnew2d#溫度的計算采用new2d計算方案LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2630LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#以下為剪切加載LAMMPSLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#以下為剪切計算Dump1allcustom100dump.sheartagtype&xyzc_new2[4]#每100步輸出，c_new1d[4]為new1d計算的原子應力thermo 100thermo_modify tempnew2d#每次輸出屏幕上的溫度按new2d方案計算reset_timestep 0#重新設當前為第0步run 3000#剪切計算3000步LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2631LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)#以下為剪切計算LAMMPSLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)對于Cu，建立8×8×5的FFC晶格體系，充分弛豫后利用Nose-Hover方法，保持壓強為0，從2.5K開始加熱，直至發(fā)生熔化轉變。輸入文件LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2632LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)對于Cu，建立8×8×5的FLAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2633LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)LAMMPS軟件與分子模擬的LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)模擬發(fā)現(xiàn)在1609K附近發(fā)生了一級相變，而Cu的熔點為1357K。LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)ppt課件2021/3/2634LAMMPS軟件與分子模擬的實現(xiàn)模擬發(fā)現(xiàn)在1609K附近發(fā)LAMMPS軟件與分