1、第五講 分子動力學(xué)模擬的Lammps實現(xiàn)A.常用分子動力學(xué)模擬程序 NAMD：免費，/Research/namd/ 主要針對與生物和化學(xué)軟材料體系，程序設(shè)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(xué)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(xué)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。 GRO

2、MACS 免費 / 主要針對生物體系，也適當照顧一般化學(xué)體系。算法好，計算效率高。界面友好，維護服務(wù)好。 TINKER 免費 /tinker/一般性分子動力學(xué)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 http:/www.cse.clrc.ac.uk/msi/software/DL_POLY/ 一般性分子模擬軟件，界面友好，計算效率高。維護服務(wù)很好.A.常用分子動力學(xué)模擬程序 LAMMPS 免費 / 一般性分子模擬軟

3、件。兼容當前大多數(shù)的勢能模型，編程水平高，計算效率高。可以模擬軟材料和固體物理系統(tǒng)。 Materials Explorer 立足于Windows平臺的多功能分子動力學(xué)軟件。擁有強大的分子動力學(xué)計算及Monte Carlo軟件包，是結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域來研究材料工程的有力工具。Materials Explorer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(dǎo)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。Materials Explorer軟件中包含2Body，3Body，EAM，AMBER等63個力場可供用戶選擇。Materials Explorer軟件擁

4、有完美的圖形界面，方便使用者操作。A.常用分子動力學(xué)模擬程序B、使用L-J勢模擬裂紋的擴展 L-J 無量綱化計算中的單位B、使用L-J勢模擬裂紋的擴展裂紋lowerupperleftupperleftlowerxyLammps計算輸入文件 # 2d LJ crack simulation(問題的基本初始化) dimension 2 #2維分子動力學(xué)模擬 boundary s s p #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） Neighbor 0.3 bin #建近鄰表參數(shù)（rc+0.3）bin表示為近鄰表類型。 neigh_m

5、odify delay 5 #間隔多少載荷步重新形成近鄰表Lammps計算輸入文件# create geometry創(chuàng)建初始幾何構(gòu)形Lattice hex 0.93#指定晶格類型（二維hex）和晶格常數(shù)Region box block 0 100 0 40 -0.25 0.25#定義一個區(qū)域create_box5 box#在指定區(qū)域建立一個simulation box,5表示原子類型的種類數(shù)create_atoms 1 box#在simulation box中創(chuàng)建類型為1的原子（原子位置初始化）Mass 1 1.0Mass 2 1.0Mass 3 1.0Mass 4 1.0Mass 5 1.0

6、#指定單個原子的質(zhì)量Lammps計算輸入文件# LJ potentials(指定原子作用勢)pair_stylelj/cut 2.5#指定lj勢，截斷半徑為2.5pair_coeff * * 1.0 1.0 2.5#指定lj勢參數(shù)# define groups（便于加載）Region 1 block INF INF INF 1.25 INF INFGroup lower region 1#定義lower組（便于施加外加速度）Region 2 block INF INF 38.75 INF INF INFGroup upper region 2#定義upper組（便于施加外加速度）Group b

7、oundary union lower upper#定義總邊界組Group mobile subtract all boundary#定義可動原子組（便于統(tǒng)計溫度）Lammps計算輸入文件 regionleftupper block INF 20 20 INF INF INF regionleftlower block INF 20 INF 20 INF INF groupleftupper region leftupper groupleftlower region leftlower #定義左上、左下原子組（便于指定裂紋的存在） setgroup leftupper type 2 setg

8、roup leftlower type 3 setgroup lower type 4 setgroup upper type 5 #指定原子類型（便于指定裂紋的存在）Lammps計算輸入文件# initial velocities初始化速度computenew mobile temp#定義溫度的計算（可動區(qū)域內(nèi)統(tǒng)計平均）compute new2 mobile stress/atom #定義原子應(yīng)力的計算（整個區(qū)域）Velocity mobile create 0.01 887723 temp new#按指定的溫度（0.01）計算方法，初始化原子的速度Velocity upper set 0.

9、0 0.3 0.0#upper原子組y方向的速度為0.3Velocity mobile ramp vy 0.0 0.3 y 1.25 38.75 sum yes#mobile原子的速初始度從0到0.3線性變化# fixes施加約束fix1 all nve#nve系綜的積分算法fix2 boundary setforce NULL 0.0 0.0 #邊界boundary上力條件，鋼化原子，便于加載！Lammps計算輸入文件 # run運行計算 timestep0.003 #時間間隔步 Thermo 200 #每200步輸出熱動力學(xué)統(tǒng)計量 thermo_modify temp new #計算溫度通

10、過new指示的方法計算 neigh_modify exclude type 2 3 #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)） Dump 1 all atom 500 dump.crack #每隔500步將原子信息寫入文件dump.crack Dump 2 mobile custom 500 dump2.crack tag x y z c_new22 run5000 #進行5000步的模擬C.使用EAM勢模擬Ni的循環(huán)行為uuuzxy常溫30K條件下金屬材料模擬中Lammps的單位 # 3d metal 拉伸模擬 #模擬條件的初始化 Units metal #指定模擬中的

11、單位類型 boundary s s s #指定模擬的邊界條件 atom_style atomic #指定原子類型，原子的屬性 Lattice fcc 3.52 #指定材料的晶格類型和晶格常數(shù) region box block -5 5 -5 5 -15 15 #xlo,xhi,ylo,yhi,zlo,zhi =區(qū)域box的上下限 create_box 1 box #建立只有1中原子類型的simulation box create_atoms 1 box #在simulation box中創(chuàng)建類型為1的原子（原子位置初始化）Lammps計算輸入文件 pair_styleeam #定義原子之間相互

12、作用勢 pair_coeff* * Ni_u3.eam #定義作用勢的參數(shù)，通過文件輸入 Neighbor 2.0 bin #定義近鄰表參數(shù)(r+rc),rc=2.0埃 neigh_modify delay 5 #定義更新近鄰表的加載步間隔Lammps計算輸入文件 regionlower block INF INF INF INF INF -13 #生成lower區(qū)域，便于加載 regionupper block INF INF INF INF 13 INF #生成upper區(qū)域，便于加載 grouplower region lower #定義lower組 groupupper region

13、upper #定義upper組 groupboundary union lower upper #定義boundary組 groupmobile subtract all boundary #定義mobile組，便于計算統(tǒng)計溫度（調(diào)溫）Lammps計算輸入文件 #定義計算和邊界鋼化 compute new2 all centro/atom #定義計算原子的適配度（針對所有的原子） compute new3 mobile temp 定義計算統(tǒng)計溫度（針對可動原子） Fix 1 all nve #時間積分算法（微正則系綜） fix 2 lower setforce NULL NULL 0.0 #使

14、得lower group之間沒有z方向的力，z方向鋼化 fix 3 upper setforce NULL NULL 0.0 #使得upper group之間沒有z方向的力，z方向鋼化Lammps計算輸入文件 #定義控溫和原子速度初始化 fix 4 mobile temp/rescale 10 30.0 30.0 5.0 1.0 #使用直接調(diào)溫法調(diào)整mobile原子的速度，每10步一調(diào) #使得目標溫度為30+-1K，溫度在30+-5rescale之外調(diào) fix_modify 4 temp new3 #調(diào)溫時，計算溫度采用news計算 Velocity mobile create 30 8877

15、23 temp new3 #初始化mobile group中原子的初速度 #通過溫度30K初始化，溫度通過new3計算，887723為隨機數(shù)Lammps計算輸入文件 dump 2 all custom 200 d_t.txt tag x y z c_new2 #定義輸出，每兩百步輸出一次 #tag為原子標號 #x，y，z為原子坐標 #c_new2為new2所計算的原子適配度 #這一參數(shù)可以判斷原子是否是理想晶格 #或者在位錯和堆垛層錯上 timestep 0.001 #時間步長間隔（ps=10e-12秒） #時間步長在飛秒量級10e-15秒 #小于原子自振周期的十分之一（0.1ps/10）La

16、mmps計算輸入文件Lammps計算輸入文件 thermo_style custom step temp pe etotal press vol #屏幕輸出梁的控制，step加載步 #temp溫度，pe總勢能，etotal總能量 #press為壓強,vol為simulation box的體積 thermo100 # 每100步在屏幕上打印統(tǒng)計熱動力學(xué)量 thermo_modify temp new3 #輸出的溫度為new3的計算值 #弛豫和循環(huán)加載 run 2000 #不加任何載荷計算2000步 velocityupper set 0 0 0.4 velocitylower set 0 0 -

17、0.4 run 10000 velocityupper set 0 0 -0.4 velocitylower set 0 0 0.4 run 20000 velocityupper set 0 0 0.4 velocitylower set 0 0 -0.4 run 10000 #循環(huán)載荷模擬Lammps計算輸入文件D.使用EAM勢模擬Ni的剪切行為vupperlowermobilezxyNi FCC Ni FCC 晶格晶格D.使用EAM勢模擬Ni的剪切行為ZxYyz # 3d metal shear simulation 3維金屬剪切模擬 Units metal #采用金屬材料單位 boun

18、dary s s p #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） Lattice fcc 3.52 #指定晶格為fcc，晶格常數(shù)3.52埃 Region box block 0 16.0 0 10.0 0 2.828427 #定義區(qū)域box （x上下限，y上下限，z上下限） create_box 3 box #在box區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建包含3種原子類型的simulation boxLammps計算輸入文件Lammps計算輸入文件 Lattice fcc 3.52 orient x 1 0 0 orient y 0 1 1 orient z

19、& 0 -1 1 origin 0.5 0 0 #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_atoms 1 box #在box區(qū)域內(nèi)建立類型為1的原子 pair_styleeam #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計算輸入文件 neighbor0.3 bin #指定原子近鄰列表參數(shù)rc+r1中的r1 neigh_modify delay 5 #指定近鄰表更新頻率 regionlower block INF INF INF 0.

20、9 INF INF regionupper block INF INF 6.1 INF INF INF grouplower region lower groupupper region upper groupboundary union lower upper #指定邊界組，用于施加邊界條件 groupmobile subtract all boundary #指定可動部分組，用于計算溫度Lammps計算輸入文件 setgroup lower type 2 setgroup upper type 3 #設(shè)置原子類型lower為2，upper為3 Compute new3d mobile te

21、mp #設(shè)定溫度計算new3d Compute new2d mobile temp/partial 0 1 1 #設(shè)定溫度計算new2d，忽略x方向速度 compute new1d all stress/atom #設(shè)定原子應(yīng)力計算 Velocity mobile create 300.0 5812775 temp new3d #初始化mobile區(qū)域原子的速度 #使new3d方法計算的溫度為300k？ Fix 1 all nve #使系綜為nve系綜，同時確定了方程的積分方法 Fix 2 boundary setforce 0.0 0.0 0.0 #使邊界上原子x，y，z方向的受力均為0 Fix 3 mobile temp/rescale 10 300.0 300.0 10.0 1.0 #使用直接調(diào)溫法，每10步準備調(diào)一次 #如果在300+-10k內(nèi)不調(diào) #如調(diào)的