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LAMMPS 手册-中文解析 一、 简介 本部分大至介绍了 LAMMPS 的一些功能和缺陷。
1. 什么是 LAMMPS LAMMPS 是一个经典的分子动力学代码,他可以模拟液体中的粒子,固体和汽体的系综。
他可以采用不同的力场和边界条件来模拟全原子,聚合物,生物,金属,粒状和粗料化体系。
LAMMPS 可以计算的体系小至几个粒子,大到上百万甚至是上亿个粒子。
LAMMPS 可以在单个处理器的台式机和笔记本本上运行且有较高的计算效率,但是它是专门为并行
计算机设计的。
他可以在任何一个按装了 C编译器和 MPI 的平台上运算,这其中当然包括分布式和共享式并行机和 Beowulf 型的集群机。
LAMMPS 是一可以修改和扩展的计算
程序,比如,可以加上一些新的力场,原子模型,边界条件和诊断功能等。
通常意义上来讲,LAMMPS 是根据不同的边界条件和初始条件对通过短程和长程力相互作用的分子,原子和宏观粒子集合对它们的牛顿运动方程进行积分。
高效率计算的LAMMPS 通过采用相邻清单来跟踪他们邻近的粒子。
这些清单是根据粒子间的短程互拆力的大小进行优化过的,目的是防止局部粒子密度过高。
在并行机上,LAMMPS 采用的是空间分解技术来分配模拟的区域,把整个模拟空间分成较小的三维小空间,其中每一个小空间可以分配在一个处理器上。
各个处理器之间相互
通信并且存储每一个小空间边界上的”ghost”原子的信息。
LAMMPS并行情况在模拟 3 维矩行盒子并且具有近均一密度的体系时效率最高。
2. LAMMPS 的功能 总体功能: 可以串行和并行计算 分布式 MPI 策略 模拟空间的分解并行机制 开源 高移植性 C语言编写 MPI 和单处理器串行 FFT 的可选性(自定义) 可以方便的为之扩展上新特征和功能 只需一个输入脚本就可运行 有定义和使用变量和方程完备语法规则 在运行过程中循环的控制都有严格的规则 只要一个输入脚本试就可以同时实现一个或多个模拟任务 粒子和模拟的类型: (atom style 命令) 原子 粗粒化粒子 全原子聚合物,有机分子,蛋白质,DNA 联合原子聚合物或有机分子 金属 粒子材料 粗粒化介观模型 延伸球形与椭圆形粒子 点偶极粒子 刚性粒子 所有上面的杂化类型 力场: (命令:pair style bond style angle style dihedral style improper style kspace style) 对相互作用势:L-J Buckingham Morse Yukawa soft class2COMPASS tabulated. 带点对相互作用势:Coulombic point-dipole. 多体作用势:EAM Finnis/Sinclair EAM modified EAMMEAM Stillinger-WeberTersoff AIREBO ReaxFF 粗粒化作用势:DPD GayBerne Resquared Colloidal DLVO 介观作用势:granular Peridynamics 键势能:harmonic FENE Morse nonlinear class2 quartic 键角势能:harmonic CHARMM cosine cosine/squared class2COMPASS 二面角势能:harmonic CHARMM multi-harmonic helix OPLS class2COMPASS 不合理势能:harmonic CVFF class2COMPASS 聚合物势能:all-atom united-atom bead-spring breakable 水势能:TIP3P,TIP4P,SPC 隐式溶剂势能:hydrodynamic lubrication Debye 长程库伦与分散:Ewald PPPM Ewald/N针对长程 L-J 作用 可以有与普适化力场如 CHARMM,AMBER,OPLS,GROMACS 相兼容的力场 可以采用 GPU 加速的成对类型 杂化势能函数:multiple pair bond angle dihedral improper potentials多对势能处于更高的优先级 原子创建: (命令:read_data lattice create-atoms delete-atoms displace-atoms replicate) 从文件中读入各个原子的坐标 在一个或多个晶格中创建原子删除几何或逻辑原子基团复制已存在的原子多次替换原子系综,约束条件,边界条件:(命令:fix)二维和三维体系正角或非正角模拟空间常 NVE,NVT,NPT,NPH 积分器原子基团与几何区域可选择不同的温度控制器有 Nose/Hoover 和 Berendsen 压力控制器来控制体系的压力(任一维度上)模拟合子的变形(扭曲与剪切)简谐(unbrella)束缚力刚体约束摇摆键与键角约束各种边界环境非平行太分子动力学 NEMD各种附加边界条件和约束积分器:Velocity-verlet 积分器Brown 积分器rRESPA 继承时间延化积分器刚体积分器共轭梯度或最束下降算法能量最小化器输出:(命令:dump restart)热力学信息日志原子坐标,速度和其它原子量信息的文本 dump 文件二进制重启文件各原子量包括:能量,压力,中心对称参数,CAN 等用户自定义系统宽度或各原子的计算信息每个原子的时间与空间平均系统宽量的时间平均原子图像,XYZ,XTC,DCD,CFG 格式数据的前处理与后处理:包里提供了一系列的前处理与后处理工具另外,可以使用独立发行的工具组 pizza.py 它可以进行 LAMMPS 模拟的设置,分析,作图和可视化工作。
特别功能: 实时的可视化与