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文檔簡(jiǎn)介
1、LAMMPS 簡(jiǎn) 介,1. LAMMPS 特性,1.1. 簡(jiǎn)介,LAMMPS: Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator美國(guó)能源部?jī)蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)室和三個(gè)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā),Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布固、液、氣態(tài)的經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬易于擴(kuò)展,如加入新的力場(chǎng)、原子類(lèi)型和邊界條件等C++ with MPI,F(xiàn)FT庫(kù)函數(shù)支持 GPU 和 OpenMP一個(gè)腳本可以運(yùn)行一個(gè)或
2、多個(gè)模擬,1.2. 模型(atom_style),原子粗?;W樱ɡ绺叻肿拥男∏?彈簧模型)United-atom 高分子或有機(jī)分子全原子高分子,有機(jī)分子,蛋白質(zhì),DNA金屬顆粒物質(zhì)粗粒化介觀模型有限尺度球和橢球粒子有限尺度 line segment(2d)和三角(3d)粒子偶極粒子硬球粒子以上模型的組合,1.3. 力場(chǎng) (pair_style, bond_style, angle_style, dihedral
3、_style, improper_style, ksapce_style),二體勢(shì):Lennard-Jones, Buckingham, Morse, Born-Mayer-Huggins, Yukawa, soft, COMPASS, hydrogen bond, tabulated帶電二體勢(shì):庫(kù)侖勢(shì),點(diǎn)電荷-電偶極矩作用多體勢(shì):EAM, Finnis/Sinclair EAM, modified EAM (MEAM), embe
4、dded ion method (EIM), EDIP, ADP, Stillinger-Weber, Tersoff, REBO, AIREBO, ReaxFF, COMB電子力場(chǎng)(eFF,AWPMD)粗?;瘎?shì):DPD, GayBerne, REsquared, colloidal, DLVO介觀勢(shì):granular, Peridynamics, SPHBond potentials:harmonic, FENE, Morse
5、, nonlinear, class 2, quartic (breakable),Angle potentials:harmonic, CHARMM, cosine, cosine/squared, cosine/periodic, class 2 (COMPASS)Dihedral potentials:harmonic, CHARMM, multi-harmonic, helix, class 2 (COMPASS), OPLS
6、Improper potentials: harmonic, cvff, umbrella, class 2 (COMPASS)高分子勢(shì):all-atom, united-atom, bead-spring, breakable水分子勢(shì):TIP3P, TIP4P, SPC隱含溶液勢(shì):hydrodynamic lubrication, DebyeKIM archive of potentials長(zhǎng)程勢(shì):Ewald, Wolf,
7、 PPPM (similar to particle-mesh Ewald), Ewald/N for long-range Lennard-Jones與常用力場(chǎng) CHARMM, AMBER, DREIDING, OPLS, GROMACS, COMPASS 格式兼容,1.4. 初始構(gòu)型 (read_data, lattice, create_atoms, delete_atoms, displace_atoms, replicat
8、e),從構(gòu)型文件中讀入原子坐標(biāo)在格點(diǎn)上放置原子在給定構(gòu)型上刪除成組原子已有構(gòu)型復(fù)制多次移動(dòng)已有原子的位置,1.5. 系綜與約束條件 (fix),二維或三位系統(tǒng)正交或非正交(三斜晶系)模擬區(qū)域NVE, NVT, NPT, NPH, Parinello/Rahman積分器針對(duì)原子組群可以指定不同的熱耦通過(guò) Nose/Hoover 或者 Berendsen 壓耦控制壓強(qiáng)模擬盒子可以變形(拉伸或剪切)諧振函數(shù)約束的力剛體約
9、束,SHAKE算法固定鍵長(zhǎng)鍵角化學(xué)鍵的斷裂、生成、交換各種邊界非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬,1.6. 積分算法 (run, run_style, minimize),velocity-Verlet 積分器布朗動(dòng)力學(xué)剛體積分梯度共軛或者最陡下降法進(jìn)行能量?jī)?yōu)化rRESPA 多等級(jí)時(shí)間步長(zhǎng)rerun 命令,1.7. 數(shù)據(jù)輸出 (dump, restart),Log 文件輸出熱力學(xué)信息文本文件輸出原子坐標(biāo)、速度等信息二進(jìn)制重啟 (r
10、estart) 文件并行輸出文件流熱力學(xué)量(能量、壓力等等)用戶(hù)定義的計(jì)算熱力學(xué)量的時(shí)間平均XYZ、XTC、DCD、CFG、自定義格式的原子構(gòu)型,1.8. 多重交換模型,Nudged elastic band: 尋找局部最優(yōu)路徑。Parallel replica dynamics: 用多個(gè)短模擬估計(jì)單個(gè)躍遷事件所需時(shí)間。Temperature accelerated dynamics: 在高溫模擬以加快動(dòng)力學(xué)過(guò)程。P
11、arallel tempering (replica exchange): 同時(shí)跑不同溫度的模擬,用高溫的模擬幫助低溫模擬提高采樣效率。,1.9. 前處理與后處理工具,LAMMPS提供各種串行的前后處理工具軟件Pizzaa.py 軟件包,包括創(chuàng)建輸入文件、分析、畫(huà)數(shù)據(jù)圖和可視化。,1.10. 特殊功能,隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)可視化和交互分子動(dòng)力學(xué)模擬有限元方法實(shí)現(xiàn)的原子與連續(xù)模型的耦合POEMS庫(kù)實(shí)現(xiàn)的耦合剛體積分巨正則系綜(
12、?VT)蒙特卡洛模擬插入和刪除粒子低密度流體的蒙特卡洛直接模擬Peridynamics 介觀尺度建模Targeted MD and steered MD,1.11. LAMMPS 不具備的功能,沒(méi)有運(yùn)行LAMMPS的圖形界面沒(méi)有建立分子體系的工具自動(dòng)給定力場(chǎng)參數(shù)模擬結(jié)果的復(fù)雜分析可視化模擬結(jié)果輸出數(shù)據(jù)作圖,2. LAMMPS 輸入文件格式,2.1. 構(gòu)型文件,*********
13、 標(biāo)題 XXX atoms 體系的總原子數(shù)XXX bonds 體系的總鍵數(shù)XXX angles 體系的總角數(shù)XXX dihedrals 體系的總二面角數(shù)XXX impropers 體系的總 improper dihedral 數(shù) XXX
14、 atom types 原子類(lèi)型數(shù)XXX bond types 化學(xué)鍵類(lèi)型數(shù)XXX angle types 鍵角類(lèi)型數(shù)XXX dihedral types 二面角類(lèi)型數(shù)XXX improper types improper dihedral 類(lèi)型數(shù),XXX XXX xlo xhi 模擬盒子在 x
15、方向的范圍XXX XXX ylo yhi 模擬盒子在 y 方向的范圍XXX XXX zlo zhi 模擬盒子在 z 方向的范圍 Masses {atom-type mass} Pair Coeffs {pair-type p1 p2 p3 p4} Bond Coeffs {bond-type p1 p2},Angle Coeffs {angl
16、e-type p1 p2} Dihedral Coeffs {dihedral-type p1 p2 p3} Improper Coeffs{improper-type p1 p2 p3} Atoms {atom-ID molecule-ID atom-type q x y z} Velocities,{atom-ID vx vy vz}
17、 Bonds {bond-ID bond-type atom-ID1 atom-ID2} Angles {angle-ID angle-type atom-ID1 atom-ID2 atom-ID3} Dihedrals {dihedral-ID dihedral-type atom-ID1 atom-ID2 atom-ID3 atom-ID4},Impropers
18、 {improper-ID improper-type atom-ID1 atom-ID2 atom-ID3 atom-ID4},2.2. 參數(shù)文件,# ******* 標(biāo)題 units *** 能量單位 atom_style *** 原子構(gòu)型格式boundary * * * 周期邊界條
19、件pair_style *** 非成鍵相互作用的函數(shù)形式pair_modify *** 修改非成鍵相互作用的函數(shù)形式bond_style *** 化學(xué)鍵類(lèi)型angle_style *** 鍵角類(lèi)型dihedral_style *** 二面角類(lèi)型improper_style *** imp
20、roper dihedral 類(lèi)型kspace_style *** 長(zhǎng)程力算法 read_data *** 指定讀入數(shù)據(jù)文件名,neighbor *** 設(shè)定 neighbor list 參數(shù) neigh_modify *** 原子構(gòu)型格式 timestep * * * 時(shí)間
21、步長(zhǎng);單位取決于 units 的設(shè)置 thermo_style *** 輸出文件的數(shù)據(jù)內(nèi)容thermo XXX 輸出數(shù)據(jù)間隔 fix *** 設(shè)定模擬系綜及參數(shù)等等 dump *** 設(shè)定輸出構(gòu)型文件名及參數(shù) run XXX 運(yùn)行的總步長(zhǎng) write restart ***
22、 斷點(diǎn)保存的文件名,3. LAMMPS 命令,3.1. 命令分類(lèi),逐行解釋執(zhí)行命令都用小寫(xiě),文件名和變量都用大寫(xiě) &: 續(xù)行;#:注釋?zhuān)?:變量,初始化命令:atom_modify, atom_style, boundary, dimension, newton, processors, units初始構(gòu)型命令:create_atoms, create_box, lattice, read_data, read_dum
23、p, read_restart, region, replicate力場(chǎng)命令:angle_coeff, angle_style, bond_coeff, bond_style, dielectric, dihedral_coeff, dihedral_style, improper_coeff, improper_style, kspace_modify, kspace_style, pair_coeff, pair_modify,
24、pair_style, pair_write, special_bonds,設(shè)置命令:communicate, group, mass, min_modify, min_style, neigh_modify, neighbor, reset_timestep, run_style, set, timestep, velocityFix 命令:fix, fix_modify, unfixCompute 命令:compute, com
25、pute_modify, uncompute輸出命令:dump, dump image, dump_modify, restart, thermo, thermo_modify, thermo_style, undump, write_restart運(yùn)行命令:delete_atoms, delete_bonds, displace_atoms, change_box, minimize, neb prd, rerun, run, t
26、emper其它命令:clear, echo, if, include, jump, label, log, next, print, shell, variable,3.2. Fix 命令,設(shè)置模擬系綜、算法、條件、參數(shù)等等。,3.3. Compute 命令,設(shè)置實(shí)時(shí)運(yùn)行中進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算。,3.4. Pair_style,非成鍵相互作用的設(shè)置。,3.5. Bond_style,化學(xué)鍵的設(shè)置。,3.6. Angle_style,鍵角
27、的設(shè)置。,3.7. Dihedral_style,二面角的設(shè)置。,3.8. Improper_style,Improper dihedral 的設(shè)置。,3.9. Kspace_style,長(zhǎng)程力算法命令。,另外還有很多擴(kuò)展命令對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的擴(kuò)展軟件包。,LAMMPS 實(shí) 例,1. melt ? 快速融化 LJ 體系,快速融化 4000 個(gè)相互作用為 Lennard-Jones 勢(shì)的粒子。,2. meam ? SiC 體系模擬,用多體力場(chǎng)
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