第五讲分子动力学模拟的Lammps实现
LAMMPS软件与分子模拟的实现
LAMMPS软件与分子模拟的实现LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) 是一个基于粒子动力学原理的分子模拟软件。
它使用分子动力学模型来模拟原子、分子或其他粒子在不同温度、压力和相互作用条件下的行为。
它是一个高效、可扩展和灵活的软件，可以模拟从数百到数百万个粒子的多种物理和化学现象。
1. 引入粒子和相互作用模型: LAMMPS实现了多种粒子和相互作用模型。
用户可以指定模拟系统中的粒子类型，包括原子、分子和其他粒子类型。
LAMMPS支持多种相互作用力场模型，如Lennard-Jones和Coulomb 相互作用，以及更复杂的模型如多体相互作用。
2. 粒子动力学模拟: LAMMPS使用经典的牛顿力学原理来模拟粒子在时间和空间上的演化。
它迭代破解了每个粒子所受到的力，并计算粒子的速度和位置。
它使用了一些高效的算法和数据结构来提高模拟效率，如Verlet积分算法和空间分解技术。
3. 温度和压力控制: LAMMPS可以在模拟过程中控制系统的温度和压力。
它采用了多种算法来模拟温度和压力，如Nose-Hoover算法、Berendsen热浴、Langevin动力学和Parrinello-Rahman方法。
这些算法可以在模拟过程中维持系统的平衡状态。
4.边界条件和周期性边界条件:LAMMPS支持各种不同的边界条件。
它可以模拟有限尺寸系统，也可以模拟无限尺寸系统。
对于无限尺寸系统，LAMMPS采用了周期性边界条件，以模拟系统中的无限复制。
5.输入和输出:LAMMPS提供了灵活的输入和输出功能。
用户可以通过输入文件来设置模拟系统的参数，如初始位置、速度、力场模型和模拟时间。
LAMMPS会将模拟结果输出到文件中，用户可以对结果进行分析和后处理。
6.并行计算:LAMMPS是一个并行化的软件，可以在多个计算节点上并行计算，以提高计算效率。
全原子分子动力学模型 lammps
全原子分子动力学模型 lammps全原子分子动力学模型LAMMPS，是一款非常优秀的分子模拟软件。
它是一款免费的并依托开源社区共同开发的分子模拟软件，在学术界和工业界都具有广泛的应用。
LAMMPS包含许多强大的功能和工具，能够模拟分子、多体相互作用、材料能量和温度等方面，是材料科学、化学、生物学等领域研究的重要工具之一。
下面我们来具体了解一下如何使用LAMMPS进行分子模拟。
第一步：软件安装与配置首先，我们需要前往LAMMPS的官方网站进行下载和安装。
下载的版本可以根据自己的需要选择，一般来说最新的版本越稳定也越实用。
安装之后，我们需要配置环境变量，以便在终端或命令行中可以直接使用LAMMPS。
第二步：建立分子模型在使用LAMMPS进行分子模拟之前，我们需要首先建立分子模型。
这可以通过算法或者数据实验等方式实现。
具体来说，我们需要确定分子的数目、类型、位置等信息。
对于这些信息，可通过多种科学方法获取。
我们建立好分子模型之后，需要将其写入到LAMMPS的输入文件中。
输入文件包含了我们的模型、模拟参数、计算方式和输出等信息，是LAMMPS模拟的核心。
第三步：设置模拟参数LAMMPS除了支持模型参数输入外，还提供了一个非常强大的用户交互机制，以便更灵活地控制模型。
在这里，我们可以设置温度、压力、能量、力场、约束等不同的模拟参数。
不同的模型需要根据具体应用需求进行不同参数的调整，比如需要考虑不同的温度、压力等等。
第四步：运行模拟当我们设置好了LAMMPS的输入文件和模拟参数之后，就可以开始利用LAMMPS进行模拟了。
一般来说，我们可以采用命令行操作，以便更精确地控制模拟进程。
模拟完成之后，我们可以根据之前设置的输出选项进行相应的结果分析。
LAMMPS支持多种输出格式，方便进行分析和后续处理。
总结：通过以上步骤，我们可以看到使用LAMMPS进行分子模拟的过程非常清晰和简单。
LAMMPS强大的功能和灵活性，可以帮助我们快速、准确地获取分子的性质和行为，是当今分子模拟研究领域的重要工具之一。
份分子动力学模拟资源lammps+MS适合初学者
完成安装
配置环境变量
下载LAMMPS和MS安装包 运行安装程序
选择安装选项
测试安装是否成功 验证安装是否成功
LAMMPS和MS配置参数
• LAMMPS配置参数： - 内存需求：根据模拟系统大小和精度要求进行配置 - 输入文件：包含系统参数、初始 构型等信息的文件 - 输出文件：模拟过程中的轨迹、能量等信息的输出文件 - 命令行参数：用于控制模拟过 程的各种参数
MS：Materials Studio，一款材料科学模拟软件，用于模拟材料的物理和化学性质
LAMMPS和MS的共同点：都可以进行分子动力学模拟，但LAMMPS更侧重于模拟分子和 原子的运动，而MS更侧重于模拟材料的物理和化学性质
LAMMPS和MS的区别：LAMMPS更适用于初学者，因为它的界面更简洁，操作更简 单，而MS则更适合有一定基础的用户，因为它的功能更丰富，可以模拟更复杂的材料 性质。
LAMMPS和MS应用领域
材料科学：模拟材 料微观结构，研究 材料性能
生物物理：模拟生 物大分子，研究蛋 白质折叠、DNA 复制等
化学物理：模拟化 学反应，研究化学 反应机理
纳米科学：模拟纳 米材料，研究纳米 材料的性质和应用
LAMMPS和MS安装与配置
LAMMPS和MS安装步骤ຫໍສະໝຸດ 解压安装包输入安装路径
• MS常用命令： - create：创建分子 - add：添加分子 - delete：删除分子 - move：移动分子
• - create：创建分子 • - add：添加分子 • - delete：删除分子 • - move：移动分子
• MS常用参数： - atom_style：原子类型 - bond_style：键类型 - angle_style：角类型 - dihedral_style：二面角类型 - improper_style：非平面角类型
用Lammps实现模拟
Lammps 计算输入文件
• # create geometry 创建初始几何构形 • • • • • • • • • • • • • • Lattice hex 0.93 # 指定晶格类型（二维 hex ）和晶格常数 Region box block 0 100 0 40 -0.25 0.25 # 定义一个区域 create_box 5 box # 在指定区域建立一个 simulation box,5 表示原子类型的种类数 create_atoms 1 box # 在 simulation box 中创建类型为 1 的原子（原子位置初始化） Mass 1 1.0 Mass 2 1.0 Mass 3 1.0 Mass 4 1.0 Mass 5 1.0 # 指定单个原子的质量
A. 常用分子动力学模拟程序
• LAMMPS 免费 / 一般性分子模拟软件。 兼容当前大多数的势能模型，编程水平高，计算效率高。可以 模拟软材料和固体物理系统。 • Materials Explorer 立足于 Windows 平台的多功能分子动力学软件。拥有强大 的分子动力学计算及 Monte Carlo 软件包，是结合应用领域来 研究材料工程的有力工具。 Materials Explorer 可以用来研究 有机物、高聚物、生物大分子、金属、陶瓷材料、半导体等晶 体、非晶体、溶液，流体，液体和气体相变、膨胀、压缩系数 、 抗 张 强 度 、 缺 陷 等 。 Materials Explorer 软 件 中 包 含 2Body ， 3Body ， EAM ， AMBER 等 63 个力场可供用户选 择。 Materials Explorer 软件拥有完美的图形界面，方便使用 者 操 作 。
Lammps 计算输入文件
• • • • • • • • • • • • • • • • # initial velocities 初始化速度 compute new mobile temp # 定义温度的计算（可动区域内统计平均） compute new2 mobile stress/atom # 定义原子应力的计算（整个区域） Velocity mobile create 0.01 887723 temp new # 按指定的温度（ 0.01 ）计算方法，初始化原子的速度 Velocity upper set 0.0 0.3 0.0 #upper 原子组 y 方向的速度为 0.3 Velocity mobile ramp vy 0.0 0.3 y 1.25 38.75 sum yes #mobile 原子的速初始度从 0 到 0.3 线性变化 # fixe boundary setforce NULL 0.0 0.0 # 边界 boundary 上力条件，钢化原子，便于加载！！
分子动力学 lammps 数据处理
分子动力学 lammps 数据处理标题：分子动力学模拟在材料科学中的应用引言：分子动力学模拟是一种常用的计算方法，可用于研究材料科学中的各种物理现象和化学反应。
本文将介绍分子动力学模拟的基本原理和在材料科学中的应用，旨在为读者提供一个全面的了解和深入的思考。
1. 分子动力学模拟的基本原理分子动力学模拟是通过数值计算来模拟原子或分子在给定条件下的运动和相互作用。
它基于牛顿运动定律和经典力学原理，将系统的势能函数和初始状态输入计算机程序中，通过数值积分方法计算出系统在不同时间点的状态。
2. 分子动力学模拟在材料科学中的应用2.1 材料的力学性能研究分子动力学模拟可以模拟材料的强度、韧性、断裂行为等力学性能。
通过模拟应力-应变曲线和材料的断裂过程，可以预测材料的力学行为，为材料设计和工程应用提供指导。
2.2 材料的热力学性质研究分子动力学模拟可以模拟材料在不同温度下的热膨胀、热传导等热力学性质。
通过模拟材料的原子振动和相互作用，可以计算材料的热导率、热膨胀系数等参数，为材料的热管理和热稳定性设计提供理论基础。
2.3 材料的界面和表面性质研究分子动力学模拟可以模拟材料的界面和表面性质，如界面结合能、表面能等。
通过模拟原子的迁移和重新排列，可以计算界面和表面的结构稳定性和能量变化，为材料的涂层、薄膜和纳米结构设计提供指导。
2.4 材料的化学反应研究分子动力学模拟可以模拟材料的化学反应，如催化反应、电化学反应等。
通过模拟反应物的结构和能量变化，可以计算反应的速率常数和反应机理，为材料的催化和能源转化应用提供理论支持。
3. 结论分子动力学模拟在材料科学中具有广泛的应用前景，可以预测材料的力学性能、热力学性质、界面和表面性质以及化学反应。
通过模拟计算，可以加深对材料微观结构和相互作用的理解，为材料设计和应用提供重要的指导和优化方案。
随着计算机计算能力的不断提升，分子动力学模拟将在材料科学研究中发挥越来越重要的作用。
lammps 蒙特卡洛化学反应
lammps 蒙特卡洛化学反应LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种用于分子动力学模拟的开源软件，它可以模拟多种化学反应，其中包括蒙特卡洛化学反应。
本文将介绍LAMMPS 中的蒙特卡洛化学反应模拟方法及其应用。
蒙特卡洛方法是一种基于随机抽样的数值计算方法，可以用来模拟和分析复杂的化学反应过程。
在LAMMPS中，蒙特卡洛化学反应模拟是通过在分子动力学模拟中引入蒙特卡洛步骤来实现的。
在蒙特卡洛化学反应模拟中，分子系统中的每个分子都被赋予一个随机的能量状态，并通过随机抽样的方式来选择反应类型和反应路径。
通过在模拟过程中不断更新分子的能量状态和反应路径，可以模拟出分子间的化学反应。
在LAMMPS中，蒙特卡洛化学反应模拟的基本步骤如下：1. 初始化系统：包括定义分子的初始位置和能量状态。
2. 选择反应类型：根据反应的类型和反应路径，通过随机抽样的方式选择要进行的反应。
3. 计算反应概率：根据选择的反应类型和反应路径，计算反应的概率。
4. 进行反应：根据计算得到的反应概率，决定是否进行反应。
如果进行反应，则更新分子的能量状态和反应路径。
5. 更新分子状态：根据反应的结果，更新分子的位置和能量状态。
6. 重复步骤2至步骤5，直到达到模拟的时间或步数。
蒙特卡洛化学反应模拟在化学研究中具有广泛的应用。
它可以用来研究化学反应的速率常数、平衡常数以及反应路径等。
通过模拟不同的反应条件和反应路径，可以得到一系列的化学反应数据，进而对实验中观测到的化学反应进行解释和预测。
蒙特卡洛化学反应模拟还可以用来研究分子间的相互作用和聚集行为。
通过模拟不同的分子结构和反应条件，可以了解分子在不同环境中的行为，并且可以用于设计新的分子材料和催化剂。
蒙特卡洛化学反应模拟是一种强大的工具，可以用来模拟和分析复杂的化学反应过程。
通过LAMMPS软件的应用，可以实现高效的蒙特卡洛化学反应模拟，并为化学研究提供重要的理论指导和预测能力。
lammps 算例
LAMMPS 算例简介LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一个用于模拟原子、分子和离子的分子动力学程序。
它可以模拟各种材料的性质和行为，包括固体、液体和气体。
LAMMPS 使用分子动力学方法，通过模拟原子之间的相互作用和运动来研究材料的宏观性质。
本文将介绍一个 LAMMPS 的算例，以帮助读者理解如何使用 LAMMPS 进行分子动力学模拟，并展示一些常见的应用场景。
算例背景在这个算例中，我们将模拟一个固体材料的拉伸变形过程。
我们将使用 LAMMPS 来模拟原子之间的相互作用和运动，并观察材料在不同应变下的力学响应。
算例步骤1. 准备输入文件首先，我们需要准备一个输入文件，该文件包含了模拟所需的参数、原子坐标和相互作用势函数。
下面是一个示例输入文件的内容：# 输入文件示例# 设置模拟的尺寸和周期性边界条件dimension 3boundary p p punits metalatom_style atomic# 设置原子类型和质量read_data datafile.dat# 设置相互作用势函数pair_style lj/cut 2.5pair_coeff 1 1 1.0 1.0 2.5# 设置模拟参数timestep 0.001thermo 100run 10002. 运行模拟接下来，我们需要运行模拟。
在命令行中输入以下命令来运行 LAMMPS：lammps -in input_file.in其中，input_file.in是我们准备的输入文件。
3. 分析结果模拟运行完成后，我们可以通过分析输出文件来获取模拟结果。
LAMMPS 会生成一个包含模拟过程中各个时间步的能量、力和原子坐标等信息的输出文件。
我们可以使用 Python 或其他数据处理工具来分析输出文件，并绘制出力学响应曲线、原子位移等结果。
算例结果下图是一个示例结果的力学响应曲线：通过模拟，我们可以观察到随着应变的增加，材料的应力也随之增加，直到达到材料的极限。
2.LAMMPS分子动力学模拟-in文件编写
二、LAMMPS分子动力学模拟-in文件编写教程1.说明：in文件是LAMMPS软件的运行程序文件，该文件程序描述了模拟需求指令。
所有模拟指令需根据LAMMPS用户手册，即LAMMPS Users Manual （）文件进行编写。
2.以下将根据一个简单案例进行in文件基本结构说明，该案例中的结构并不固定，可根据需要进行调整。
3.in文件案例：-------------------------------------------------模型基本指令设置------------------------------ # Lennard-Jones crystal （#符号表示不执行该条指令）units real （此命令用于设置模拟的单位类型，有lj or real or metal or si orcgs or electron or micro or nano多种类型，每种类型有各自的单位设定，在后续程序编写中要注意所有数据的单位）boundary p p p （该指令用于设置模型每个维度的边界类型，p为periodic边界，三个p代表x,y,z三个方向都是周期边界）atom_style full （定义在模拟中使用的原子类型，样式的选择决定了data文件中分子结构数据所包含的要素）-------------------------------------------------分子结构模型设置------------------------------#read_data X.data （读入包含lammps运行模拟所需信息的数据文件，data文件中包含了原子坐标、种类、键、角和所带电荷等信息；分子结构也可以通过set，box等指令在in文件中进行设定）read_restart poly.restart.100000 （读入前次模拟保存的运行结果文件，从中断的模拟位置重新启动模拟）---------------------------------原子间作用势类型和参数设定------------------------------ pair_style lj/cut/coul/cut 12 12 （设置用来计算原子对相互作用的势能公式）pair_coeff 1 1 10 10 （根据指定的原子对势能函数，设置势能参数）pair_coeff 2 2 100 10pair_coeff 1 2 10 10------------------------------------键、角类型和参数设定------------------------------------- bond_style harmonicbond_coeff 1 450 1.0bond_coeff 2 500 1.45angle_style harmonicangle_coeff 1 55 109.0angle_coeff 2 55 109.28dihedral_style harmonicdihedral_coeff 1 0.062 1 3dihedral_coeff 2 0.062 1 3---------------------------系统能量最小化方法和参数设定-------------------------------- #min_style sd （选择执行最小化命令时要使用的最小化算法）#minimize 1.0e-5 1.0e-5 100 100 （通过迭代调整原子坐标，实现系统的能量最小化，该指令设置迭代终止条件）--------------------------------------其它模拟相关指令设定----------------------------------- #velocity all create 300.0 200000 （设置或改变一组原子的速度）#velocity all scale 300.0fix 1 all nvt temp 873.0 873.0 1 （设置NVT系综）#fix 2 all temp/rescale 50 673 673 10 1.0 （通过重新调整原子群的速度来重置原子群的温度）compute KE all ke/atom （对一组原子执行计算）variable temp atom c_KE/0.0001292355 （此命令将数值或公式计算结果指配给变量名，以便稍后在输入脚本或模拟过程中使用该变量进行计算）fix 6 all ave/time 10 10000 100000 v_temp file tem.profile （输出时间平均计算结果，写入一个命名为tem.profile的文件）-----------------------------------模拟结果输出相关指令设定------------------------------- timestep 1 （设置分子模拟的时间步长大小）thermo_style custom time temp press density pe （设置将热力学数据打印到屏幕和日志文件的样式和内容）thermo_modify lost ignore flush yesthermo 50restart 100000 poly.restart （每隔这么多个时间步写出一个包含当前模拟数据的重新启动文件）dump 1 all atom 100000 mmpstrj （每100000个时间步将Atom数据转储到mmpstrj文件）run 50000000 （指定运行的步数）。
一份分子动力学模拟资源 lammps+MS 适合初学者~~~ ppt课件
#截断半径相
neigh_modify delay 1 check yes 列表更新速度
# 邻近原子
#create geometry
lattice fcc 3.61 fcc，晶格常数3.61A
region box block 0 30 0 3 0 3 方体区域叫box，长30，宽和高是3
create_box 1 box 一个box
一份分子动力学模拟资源 lammps+MS 适合初学者
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1、建模练习
软件materials stuidio 5.5 Fe晶体练习
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H2O练习
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分子动力学方法工作框图
一份分子动力学模拟资源 lammps+MS 适合初学者
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分子动力学运行流程图
进行分子动力学运算的几 个必备步骤：
✓首先建立计算模型 ✓设定计算模型的初始坐标和 初始速度 ✓选定合适的时间步长 ✓选取合适的原子间相互作用 势函数，便于进行力的计算 ✓选择合适的算法、边界条件 和外界条件 ✓计算 ✓对计算数据进行统计处理
create_atoms 1 single 2.45 2.05 2.05 # 在该位置插入一 个原子
min_style sd # 能量最小化模式，sd minimize 1.0e-12 1.0e-12 1000 1000 # 能量最小化参数， 指数越大最小化程度越深
print "interstitial introduced, minimized: $N atoms,
分子动力学加电场;lammps
分子动力学加电场；lammpsEnglish Response:Introduction.Molecular dynamics simulations with applied electric fields are widely used to investigate the behavior of charged materials, such as ions in electrolyte solutions or proteins in biological systems. LAMMPS (Large-scaleAtomic/Molecular Massively Parallel Simulator) is a popular molecular dynamics simulation package that offers a versatile platform for performing simulations with applied electric fields.Setting up the Simulation.To set up a molecular dynamics simulation with an applied electric field in LAMMPS, several key steps are involved:1. Define the System: The first step is to define the simulation system, including the molecular structure, atomic charges, and simulation box.2. Create the Input Script: An input script is created to specify the simulation parameters, such as the force field, timestep, and simulation length.3. Apply the Electric Field: An electric field is applied to the system using the "fix efield" command. This command specifies the magnitude and direction of the electric field.4. Run the Simulation: The simulation is run using the "run" command.Analysis of Results.Once the simulation is complete, the results can be analyzed to understand the effect of the electric field on the system. Some common analysis methods include:1. Particle Trajectories: The trajectories ofindividual particles can be tracked to observe their motion under the influence of the electric field.2. Radial Distribution Functions: Radial distribution functions can be calculated to analyze the distribution of particles around a central particle.3. Electric Potential: The electric potential distribution within the simulation box can be computed to visualize the effect of the electric field on the system.Example Input Script.Below is an example input script for a molecular dynamics simulation with an applied electric field in LAMMPS:units real.atom_style full.read_data mmps.fix efield all efield 0.0 0.0 1.0 1.0e5 v_global #Apply electric field along z-axis with magnitude 1e5 V/m.run 100000。
大规模分子动力学lammps
大规模分子动力学lammpsLAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一个用于分子动力学模拟的开源软件包，它被广泛应用于研究原子、分子和其他粒子的运动行为。
LAMMPS的设计旨在能够处理大规模并行计算，因此它非常适合于模拟大型系统中的原子尺度行为。
LAMMPS具有多种功能和特性，包括：1. 多种模拟技术，LAMMPS支持多种模拟技术，包括分子动力学、蒙特卡洛方法、离散元素法等，使其可以模拟不同类型的系统和过程。
2. 多种势函数，LAMMPS包含了多种原子间相互作用势函数，用户可以根据研究对象的特性选择合适的势函数进行模拟。
3. 并行计算，LAMMPS的并行计算能力非常强大，可以在多核CPU、GPU和分布式计算环境下高效运行，从而实现大规模系统的模拟。
4. 灵活性，LAMMPS具有高度的灵活性，用户可以通过自定义输入文件来控制模拟过程中的参数和行为，满足不同研究需求。
在使用LAMMPS进行大规模分子动力学模拟时，研究者需要考虑以下几个方面：1. 模拟系统的建立，首先需要准备模拟系统的结构和初始构型，包括原子坐标、势能参数等。
2. 模拟参数的选择，根据研究对象的特性选择合适的势函数和模拟参数，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
3. 模拟过程的控制，通过输入文件控制模拟过程中的步长、温度、压力等参数，以及需要记录的输出信息，如轨迹、能量等。
4. 数据分析和结果解释，对模拟得到的数据进行分析和解释，从中提取有意义的物理信息，比如结构参数、动力学行为等。
总的来说，LAMMPS作为一款功能强大的分子动力学模拟软件，能够帮助研究者进行大规模系统的原子尺度模拟，从而深入理解物质的性质和行为，为材料科学、生物物理学等领域的研究提供重要支持和帮助。
第五讲_分子动力学模拟的Lammps实现
第五讲_分子动力学模拟的Lammps实现Lammps是一个用于分子动力学模拟的开源软件，它提供了丰富的功能和灵活的插件，能够模拟各种复杂的分子系统。
在本文中，我们将介绍如何使用Lammps进行分子动力学模拟，并简要介绍一些常用的功能和插件。
例如，下面是一个简单的输入文件示例，用于模拟一个包含100个氩原子的系统：```#输入文件示例#初始化units ljdimension 3boundary p p patom_style atomic#原子定义lattice fcc 0.8442region box block 0 10 0 10 0 10create_box 1 boxcreate_atoms 1 boxmass 1 39.948#相互作用pair_style lj/cut 2.5pair_coeff 1 1 1.0 1.0 2.5#速度初始化#模拟参数thermo 100thermo_style custom step temp etotal press#运行模拟run 1000```在输入文件中，我们首先指定了模拟的基本参数，例如使用Lennard-Jones势函数进行计算（`units lj`），模拟系统的维度为三维（`dimension 3`），周期性边界条件（`boundary p p p`），并且定义了原子的类型（`atom_style atomic`）。
然后，我们定义了原子的初始位置和速度。
在上述示例中，我们使用fcc晶格生成了一个10x10x10的盒子，并将100个氩原子放入其中（`create_box`和`create_atoms`）。
我们还指定了原子的质量（`mass`），这里我们使用了氩的质量。
接下来，我们定义了原子之间的相互作用。
在上述示例中，我们使用了Lennard-Jones势函数（`pair_style lj/cut`），并指定了参数（1.0、1.0和2.5）。
LAMMPS系统入门
迹，从而判断台球是否能够进袋。
三维：考虑宇宙中只存在太阳和太阳系的八大行星。我们是否能够通过万有引力去预测所
有行星的轨迹。只是此时我们知道某个行星除了来自太阳的引力，还有来自其他行星的应
力。计算某个行星的受力时，要考虑该行星与其余所有天体之间的受力。
高分子势: all-atom, united-atom, bead-spring, breakable
水分子势: TIP3P, TIP4P, SPC, SPC/E and variants
石墨烯和同类物的层间势
金属有机框架势 (QuickFF, MO-FF)
隐式溶剂势: hydrodynamic lubrication, Debye
分子动力学基本原理
分子动力学实际上就是一只拉普拉斯兽。分子动力学的基本任务就是获取物体在任意时刻
组成原子的所有位置和动量然后利用统计力学知识理解物体的性质和行为。
掌握组成物体内部原子的行为就可解释和理解物体的性
质和行为。大量原子在一起表现出来的整体特性，而不
我将分子动力学研究科学问题分为三个部分：软件使用，分子动力学理论，科学问题发现。
只有用深厚的内功催动精妙的招式，才能打败可敬的对手，受到江湖传颂。
分子动力学基本原理
分子动力学的基础是牛顿力学，也即经典力学。经典力学中有三个主要内容：质点、力和
运动。牛顿第二定律是经典力学的核心。
有两个质点放置在光滑的地面上，我们要问的问题是在后续的时间中两个质点是怎么运动
极化模型: QEq, core/shell model, Drude dipole model
电荷平衡：QEq via dynamic, point, shielded, Slater methods
lammps非平衡分子动力学
lammps非平衡分子动力学引言：LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款用于分子动力学模拟的软件，它可以模拟各种材料的力学、热力学和动力学性质。
其中，非平衡分子动力学（Non-equilibrium Molecular Dynamics，NEMD）是一种重要的分子动力学模拟方法，它可以模拟材料在非平衡状态下的性质，如热传导、流变性等。
本文将介绍LAMMPS中的非平衡分子动力学方法及其应用。
一、LAMMPS中的非平衡分子动力学方法LAMMPS中实现了多种非平衡分子动力学方法，包括温度梯度法、剪切流法、压力梯度法等。
这些方法都是通过在模拟系统中引入外场来实现的，例如在温度梯度法中，通过在系统中引入温度梯度，使得系统中不同位置的温度不同，从而模拟热传导现象。
在剪切流法中，通过施加剪切力，使得系统中的分子发生流动，从而模拟材料的流变性质。
在压力梯度法中，通过施加压力梯度，使得系统中不同位置的压力不同，从而模拟材料的输运性质。
二、LAMMPS中的非平衡分子动力学应用非平衡分子动力学方法在材料科学中有着广泛的应用，例如在热传导、流变性、输运性质等方面。
其中，热传导是非平衡分子动力学方法的一个重要应用领域。
通过模拟材料中的热传导现象，可以研究材料的热导率、热阻等性质。
此外，非平衡分子动力学方法还可以用于模拟材料的流变性质，例如在高温下，材料的流变性质会发生变化，通过非平衡分子动力学方法可以模拟这种变化。
此外，非平衡分子动力学方法还可以用于模拟材料的输运性质，例如在电池材料中，通过模拟离子输运现象，可以研究电池的性能。
结论：LAMMPS中的非平衡分子动力学方法是一种重要的分子动力学模拟方法，它可以模拟材料在非平衡状态下的性质，如热传导、流变性等。
这些方法在材料科学中有着广泛的应用，可以用于研究材料的性质和优化材料的性能。
lammps分子动力学 能量 平衡
lammps分子动力学能量平衡一、介绍在分子动力学模拟中，能量平衡是一个非常重要的步骤。
通过能量平衡，我们可以确保模拟系统的能量在整个模拟过程中保持稳定，并且系统达到平衡态。
本文将介绍如何使用LAMMPS软件进行分子动力学模拟中的能量平衡。
二、LAMMPS简介LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一个用于分子动力学模拟的开源软件。
它可以模拟原子、分子和大分子等系统的运动，以及系统的能量和力学性质。
LAMMPS提供了丰富的功能和灵活的输入选项，使得用户可以根据自己的需求进行模拟。
三、能量平衡的重要性在进行分子动力学模拟时，能量平衡是非常重要的。
一个能量不平衡的系统可能会导致模拟结果不准确，甚至无法收敛到平衡态。
通过能量平衡，我们可以确保系统的能量在整个模拟过程中保持稳定，并且系统达到平衡态。
能量平衡还可以帮助我们检查模拟参数的选择是否合理，以及模拟过程中是否存在错误。
四、能量平衡的方法1. 步长选择在进行分子动力学模拟时，步长的选择非常重要。
步长过大会导致模拟系统的能量不稳定，步长过小则会增加模拟时间。
一般来说，步长的选择应该结合模拟系统的特点和目标，通过试验和调整来确定一个合适的步长。
2. 温度控制温度控制是能量平衡的一个重要方面。
通过控制系统的温度，我们可以使系统达到热平衡态。
常用的温度控制方法包括NVT和NPT等。
在LAMMPS中，可以使用fix命令来实现温度控制。
3. 压力控制除了温度控制，压力控制也是能量平衡的一个重要方面。
通过控制系统的压力，我们可以使系统达到力学平衡态。
常用的压力控制方法包括NPT和NPH等。
在LAMMPS中，可以使用fix命令来实现压力控制。
4. 能量演化在能量平衡过程中，系统的能量会随着时间的推移而演化。
通过观察系统能量的变化，我们可以判断系统是否达到平衡态。
在LAMMPS中，可以使用compute命令来计算系统的能量，并使用dump命令将能量随时间的变化保存到文件中。
第一性原理、分子动力学lammps
输入文件 b3
分子动力学LAMMPS
输出文件mmpsshuchu
分子动力学LAMMPS
输出文件mmpsshuchu
分子动力学LAMMPS
输出文件mmpsshuchu 第一性原理论文心得比热和热传导由声子决定。 为了得到声子的贡献，声子色散谱是phonon dispersion必需的。 Small displacement method Linear response approach 两种方法去得到phonon dispersion 结合density functional theory DFT有 Frozen phonon method DFPT density functional perturbation theory
在凝聚态固体中，电子弛豫时间远远小于原子的移动，所以可以使电子从离子中分离出来单 独研究成为可能。这种近似叫做Born-Oppenheimer 伯恩-奥本海默近似。
分子动力学LAMMPS
分子动力学和第一性原理
从头计算很精确，尤其是在各种量化软件层出还收费的情况下，像高斯，Q-chem， gamess对于分子体系的电荷分布，体系的物理参数等等已经可以算的非常精确甚至超过做实 验，但是也不能忽视第一性原理由于要求解薛定谔方程，要进行算符（矩阵）计算，都知道 计算机求解矩阵的特征值计算量巨大的，随着体系的尺度（原子个数或者需要的基组个数） 增大，计算量陡增（肯定是超过N^2的增长的），因此从头计算最多只能计算不超过 100~200个的体系。
第一原理分子动力学
LAMMPS
张旭
分子动力学和第一性原理
第一性原理解的是薛定谔方程（或说波动方程了），通过空间基组，动量基组（更高级 的直接用某一些完整的自洽的基组，软件中用更高级的，比如高斯基组等等）从头计算，求 出波函数，概率等想要的物理量，再引进时间（或者说就是解含时薛定谔方程），而不仅仅 只是求解一个定态的电子结构，那么这大概就是第一性原理动力学了。
lammps 原子不向真空层扩散
lammps 原子不向真空层扩散LAMMPS是一种用于分子动力学模拟的软件包，它可以模拟原子、分子和颗粒等系统的行为。
在原子模拟中，原子的扩散是一个重要的现象，它指的是原子在系统中的移动和扩散。
然而，在某些情况下，我们希望原子不会扩散到真空区域。
本文将探讨如何在LAMMPS中实现原子不向真空层扩散的模拟。
我们需要明确真空层在原子模拟中的作用。
真空层是指原子模拟系统中的空隙或空气区域，它通常是由于实验装置或模拟模型的需要而设置的。
在某些情况下，我们希望原子不会扩散到真空层中，这可能是因为真空层的性质与模拟系统的其他区域不同，或者我们对真空层中的原子行为不感兴趣。
在LAMMPS中，我们可以通过设置边界条件来实现原子不向真空层扩散的模拟。
边界条件是指定义模拟系统边界的条件，它决定了系统在边界处的行为。
常见的边界条件包括周期性边界条件和固定边界条件。
周期性边界条件是指模拟系统的边界是连续的，当原子越过边界时会重新出现在相反的边界，就像是在一个无限大的空间中进行模拟一样。
这种边界条件适用于大多数情况，但是对于真空层的模拟并不适用，因为原子会在周期性边界条件下无限扩散。
固定边界条件是指模拟系统的边界是固定的，边界上的原子不会移动。
通过设置固定边界条件，我们可以阻止原子扩散到真空层中。
在LAMMPS中，我们可以通过设置边界原子的质量为无穷大来实现固定边界条件。
这样一来，边界上的原子就无法移动，从而防止了原子向真空层的扩散。
除了设置边界条件，我们还可以通过其他方式来限制原子的扩散。
例如，我们可以在真空层附近设置势能墙，阻止原子跨越该墙进入真空层。
这可以通过在真空层周围放置一层势能高的原子或施加外加势场来实现。
这样一来，原子在接近真空层时会受到强力的束缚，不会进入真空层。
在模拟中，我们还可以通过调整模拟参数来控制原子的扩散行为。
例如，我们可以增加原子之间的相互作用力，使其更难以扩散。
或者，我们可以增加模拟系统的温度，以增加原子的热运动，从而促进原子的扩散。
lammps 如何输出原子组间作用力
lammps 如何输出原子组间作用力原子组间作用力是指原子之间的相互作用力，它对于研究原子系统的性质和行为具有重要意义。
在分子动力学模拟中，LAMMPS （Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种常用的计算程序，可用于模拟原子组间作用力的计算和分析。
本文将介绍如何使用LAMMPS输出原子组间作用力，并探讨其在材料科学和生物科学中的应用。
我们需要了解LAMMPS的基本原理和使用方法。
LAMMPS是一种经典分子动力学（MD）模拟程序，它基于牛顿运动定律和经典力场模型，通过数值计算模拟原子组间相互作用的力和运动轨迹。
在LAMMPS中，原子之间的相互作用力可以通过计算势能函数的梯度得到，即力的负梯度。
为了输出原子组间作用力，我们需要在LAMMPS的输入文件中添加相应的命令。
首先，我们需要定义原子的种类和类型，以及原子间的相互作用势函数。
LAMMPS提供了多种势函数模型，如Lennard-Jones、Morse、Stillinger-Weber等，可以根据具体需求选择适当的势函数。
接下来，我们需要设置模拟系统的初始状态，包括原子的初始位置、速度和温度等。
可以通过LAMMPS提供的命令来生成初始配置，或者从已有的文件中读取初始配置。
在模拟过程中，LAMMPS会根据势函数和初始状态计算原子间的相互作用力，并更新原子的位置和速度。
为了输出原子组间作用力，我们可以在输入文件中添加"compute"和"thermo"命令。
"compute"命令用于定义一个计算对象，用于计算原子组间的相互作用力。
例如，可以使用"compute"命令计算原子之间的Lennard-Jones势能和力。
"thermo"命令用于输出计算结果，包括能量、力和其他物理量。
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Lammps计算输入文件
• pair_style eam • #定义原子之间相互作用势 • pair_coeff * * Ni_u3.eam • #定义作用势的参数，通过文件输入 • Neighbor 2.0 bin • #定义近邻表参数(r+rc),rc=2.0埃 • neigh_modify delay 5 • #定义更新近邻表的加载步间隔
B、使用L-J势模拟裂纹的扩展
leftupper 裂纹
upper
y
leftlower
lower x
Lammps计算输入文件
• # 2d LJ crack simulation(问题的基本初始化)
• dimension 2 • #2维分子动力学模拟 • boundary s s p • #x,y方向不存在周期边界条件，z方向周期边界条件。
Lammps计算输入文件
• # run运行计算 • timestep 0.003 • #时间间隔步 • Thermo 200 • #每200步输出热动力学统计量 • thermo_modify temp new • #计算温度通过new指示的方法计算
• neigh_modify exclude type 2 3 • #原子2，3之间作用取消（也就是通过不使他们在近邻表中出
• Mass 1 1.0 • Mass 2 1.0 • Mass 3 1.0 • Mass 4 1.0 • Mass 5 1.0 • #指定单个原子的质量
Lammps计算输入文件
• # LJ potentials(指定原子作用势) • pair_style lj/cut 2.5 • #指定lj势，截断半径为2.5 • pair_coeff * * 1.0 1.0 2.5 • #指定lj势参数
现实现）
• Dump 1 all atom 500 dump.crack • #每隔500步将原子信息写入文件dump.crack
• Dump 2 mobile custom 500 dump2.crack tag x y z c_new2[2]
• run
5000
• #进行5000步的模拟
C.使用EAM势模拟Ni的循环行为
• # define groups（便于加载） • Region 1 block INF INF INF 1.25 INF INF • Group lower region 1 • #定义lower组（便于施加外加速度） • Region 2 block INF INF 38.75 INF INF INF • Group upper region 2 • #定义upper组（便于施加外加速度） • Group boundary union lower upper • #定义总边界组 • Group mobile subtract all boundary • #定义可动原子组（便于统计温度）
Lammps计算输入文件
• #弛豫和循环加载 • run 2000 • #不加任何载荷计算2000步 • velocity upper set 0 0 0.4 • velocity lower set 0 0 -0.4 • run 10000
• velocity upper set 0 0 -0.4 • velocity lower set 0 0 0.4 • run 20000
Lammps计算输入文件
• Lattice fcc 3.52 orient x 1 0 0 orient y 0 1 1 orient z & 0 -1 1 origin 0.5 0 0
• #指定晶格类型、晶格常数、x,y,z坐标的晶向 • # &续行符、晶胞的起始点（0.5表示半个晶格常数） • create_atoms 1 box • #在box区域内建立类型为1的原子 • pair_style eam • #定义原子之间作用势为嵌入原子势 • pair_coeff * * Ni_u3.eam • #指定嵌入势参数文件
z
u
u
y
x
u
常温30K条件下
金属材料模拟中Lammps的单位
Lammps计算输入文件
• # 3d metal 拉伸模拟 • #模拟条件的初始化 • Units metal • #指定模拟中的单位类型 • boundary s s s • #指定模拟的边界条件 • atom_style atomic • #指定原子类型，原子的属性 • Lattice fcc 3.52 • #指定材料的晶格类型和晶格常数 • region box block -5 5 -5 5 -15 15 • #xlo,xhi,ylo,yhi,zlo,zhi =区域box的上下限 • create_box 1 box • #建立只有1中原子类型的simulation box • create_atoms 1 box • #在simulation box中创建类型为1的原子（原子位置初始化）
Lammps计算输入文件
• region lower block INF INF INF INF INF -13 • #生成lower区域，便于加载 • region upper block INF INF INF INF 13 INF • #生成upper区域，便于加载 • group lower region lower • #定义lower组 • group upper region upper • #定义upper组 • group boundary union lower upper • #定义boundary组 • group mobile subtract all boundary • #定义mobile组，便于计算统计温度（调温）
• # initial velocities初始化速度 • compute new mobile temp • #定义温度的计算（可动区域内统计平均） • compute new2 mobile stress/atom • #定义原子应力的计算（整个区域） • Velocity mobile create 0.01 887723 temp new • #按指定的温度（0.01）计算方法，初始化原子的速度 • Velocity upper set 0.0 0.3 0.0 • #upper原子组y方向的速度为0.3 • Velocity mobile ramp vy 0.0 0.3 y 1.25 38.75 sum yes • #mobile原子的速初始度从0到0.3线性变化 • # fixes施加约束 • fix 1 all nve • #nve系综的积分算法 • fix 2 boundary setforce NULL 0.0 0.0 • #边界boundary上力条件，钢化原子，便于加载！！
• #定义左上、左下原子组（便于指定裂纹的存在）
• set
group leftupper type 2
• set
group leftlower type 3
• set
group lower type 4
• set
group upper type 5
• #指定原子类型（便于指定裂纹的存在）
Lammps计算输入文件
z <011>
Z‘ <001>
<011> y
<010> Y’
<100> x
Lammps计算输入文件
• # 3d metal shear simulation 3维金属剪切模拟
• Units metal • #采用金属材料单位 • boundary s s p • #施加z方向的周期边界条件
• atom_style atomic • #定义原子之间的相互作用（没有键键作用） • Lattice fcc 3.52 • #指定晶格为fcc，晶格常数3.52埃 • Region box block 0 16.0 0 10.0 0 2.828427 • #定义区域box （x上下限，y上下限，z上下限） • create_box 3 box • #在box区域内创建包含3种原子类型的simulation box
为随机数
Lammps计算输入文件
• dump 2 all custom 200 d_t.txt tag x y z c_new2 • #定义输出，每两百步输出一次 • #tag为原子标号 • #x，y，z为原子坐标 • #c_new2为new2所计算的原子适配度 • #这一参数可以判断原子是否是理想晶格 • #或者在位错和堆垛层错上 • timestep 0.001 • #时间步长间隔（ps=10e-12秒） • #时间步长在飞秒量级10e-15秒 • #小于原子自振周期的十分之一（0.1ps/10）
• atom_style atomic • #原子类型（金属） • Neighbor 0.3 bin • #建近邻表参数（rc+0.3）bin表示为近邻表类型。 • neigh_modify delay 5 • #间隔多少载荷步重新形成近邻表
Lammps计算输入文件
• # create geometry创建初始几何构形
• Lattice hex 0.93 • #指定晶格类型（二维hex）和晶格常数 • Region box block 0 100 0 40 -0.25 0.25 • #定义一个区域 • create_box 5 box • #在指定区域建立一个simulation box,5表示原子类型的种类数 • create_atoms 1 box • #在simulation box中创建类型为1的原子（原子位置初始化）
Lammps计算输入文件
• #定义控温和原子速度初始化 • fix 4 mobile temp/rescale 10 30.0 30.0 5.0 1.0 • #使用直接调温法调整mobile原子的速度，每10步一调 • #使得目标温度为30+-1K，温度在30+-5rescale之外调 • fix_modify 4 temp new3 • #调温时，计算温度采用news计算 • Velocity mobile create 30 887723 temp new3 • #初始化mobile group中原子的初速度 • #通过温度30K初始化，温度通过new3计算，887723