一份分子动力学模拟资源 lammps+MS 适合初学者~~~
lammps计算动力学参数
lammps计算动力学参数LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款基于粒子动力学方法的分子动力学仿真软件，可用于模拟和研究各种材料的动力学行为和性质。
本文将介绍如何使用LAMMPS计算材料的动力学参数，并以实例演示其应用。
1. 引言动力学参数是描述材料动力学特性的重要指标，包括扩散系数、粘度、流变学性质等。
通过计算这些参数，可以深入了解材料的运动规律和相互作用力，为材料研究和应用提供理论支持。
2. LAMMPS简介LAMMPS是一种分子动力学模拟软件，它基于经典力场方法，将材料模拟成由粒子（原子、离子或分子）组成的系统。
它能够模拟材料的动力学演化和相互作用过程，并提供了丰富的力场模型和算法选项，以满足各种研究需求。
3. 动力学参数计算方法LAMMPS可以通过添加一系列计算命令来获得材料的动力学参数，以下是一些常用的计算方法：(1) 扩散系数计算扩散系数描述了物质在单位浓度梯度下的扩散能力。
使用LAMMPS，可以通过设置不同的初始条件，模拟材料中各种粒子（原子或分子）的运动轨迹，并通过计算平均自由路径和迁移率等参数来得到扩散系数。
(2) 粘度计算粘度是描述流体黏性的参数，它反映了流体内部粒子之间相互作用的强度。
在LAMMPS中，可以模拟流体的运动和变形过程，并通过计算应力-应变关系，获得流体的粘度。
(3) 流变学性质计算流变学性质包括应力应变曲线、剪切流动、蠕变变形等参数。
使用LAMMPS，可以模拟不同加载条件下的材料变形行为，并通过计算应力和变形关系得到流变学参数。
4. 实例演示以计算金属纳米颗粒的扩散系数为例，演示LAMMPS的应用过程。
(1) 建立金属纳米颗粒模型在LAMMPS中，通过设置原子种类、晶格参数、初始位置等信息，可以构建金属纳米颗粒的模型。
可以使用LAMMPS内置的命令或自定义输入文件进行模拟。
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
vasp与lammps学习资料2020年
LAMMPS分子动力学模拟技术与应用课程内容一、LAMMPS基础1分子动力学模拟入门理论——掌握lammps的in文件中各命令的意义1.1系综理论1.2主要算法介绍1.3积分步长的选取1.4温度和压力控制1.5周期性边界条件1.6分子动力学模拟流程二、LAMMPS入门学习2LAMMPS入门操作基础2.1Linux命令入门基础——熟练掌握LAMMPS所用的Linux命令2.2LAMMPS中一些安装包的介绍——为以后创建自己体系进行选择性安装2.3LAMMPS的linux版串行和并行及GPU版编译安装——掌握LAMMPS的编译方法，针对自己体系编译可执行文件。
2.4LAMMPS的in文件结构格式、基本语法及常用命令讲解、data文件格式。
2.5LAMMPS实例讲解。
实例操作：在linux系统编译安装自己的LAMMPS可执行程序。
三、LAMMPS进阶学习MMPS各种参数计算3.1颗粒模拟3.2可视化快照3.3弹性常数模拟3.4计算热导率3.5计算粘度3.6计算均方位移3.7计算径向分布函数3.8计算扩散系数3.9计算能量数据3.10Lammps常见错误及解决途径实例操作：学员结合自己的科研方向，选择运行契合自己研究方向的例子四、Lammps的建模4LAMMPS建模——掌握基本操作流程4.1掌握lattice命令建立晶体模型4.2Packmol建模语法学习及实操4.3Material Studio建模学习及实操4.4VMD建模学习及实操实例操作：把上述实操模型转换成lammps的data文件五、从examples的简单例子，到完成自己的科研课题5通过examples中的例子，理解要模拟对象的物理意义5.1运行examples\flow到建立水分子在石墨烯片层(碳纳米管)内的流动模拟5.2运行examples\shear到石墨烯力学性质模拟5.3运行examples\friction到金属/合金的摩擦模拟5.4特殊结构的模拟建模（C60系列模型）实例操作：学员探索由简单例子到自己科研课题的模拟过程六、环氧树脂在二氧化硅表面吸附建模(CVFF力场)6环氧树脂在二氧化硅表面吸附吸能的影响模拟过程6.1创建构型文件6.2建立输入脚本6.3运行能量最小化及体系的预松弛6.4压缩盒子达到指定的密度（针对不同研究体系掌握压缩方法的不同，并掌握判断方法和依据）6.5模拟步骤：包括能量最小化-NVT 平衡-NPT 平衡-对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。
关于分子动力学模拟的实验手册
一、实验名称：分子动力学模拟二、实验目的：利用分子动力学理论方法对研究的体系和问题进行理论数值模拟，为实验提供理论参考。
三、实验要求:1.学习并掌握分子动力学的基本理论内容2.掌握嵌入原子理论的主要内容3.对Linux操作系统有足够熟悉的使用经验4.学会分子动力学软件——Lammps的使用方法5.掌握Materials studio的模型搭建方法6.了解VMD的相关操作四、实验相关环境及软件：1.Linux操作系统：一种自由和开放源码的类操作系统，以高效性和灵活性著称，具有多任务、多用户的能力mmps分子模拟软件：即Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作，一般来讲，分子动力学所涉及到的领域，LAMMPS代码也都涉及到了。
3.Materials studio：专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC 上的模拟软件，可以帮助解决化学、材料工业中的一系列重要问题。
4.VMD: 一个分子可视化程序，采用3D图形以及内置脚本来对大型生物分子系统进行显示、制成动画以及分析等操作。
五、实验原理：分子动力学（MD）模拟就是用计算机方法表示统计力学，作为实验的一个辅助手段，MD模拟用来研究不能用解析方法来解决的经典多体体系的平衡性质和传递性质，是搭接理论和实验的一个桥梁。
MD方法是一种定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位移的转变，追踪系综中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律给出微观量与宏观量的关系来研究材料性能的一种方法。
目前，该技术已成功地应用于研究晶格畸变，晶粒生长，拉应力-应变关系，蠕变行为，扩散，沉积等。
MD模拟与真实实验在许多方面非常相似，当做一个真实实验时，需要以下步骤: 准备试样; 将试样放在测试仪器中进行测量; 分析测量的结果。
而MD模拟应遵从同样方法: 首先准备试样，即建立一个由 N个粒子组成的模型体系; 将试样放入测试仪器中测量，解N个粒子组成的体系模型的牛顿运动方程，直至平衡; 平衡后，进行材料性质的计算; 最后，进行测量结果的分析，对模拟结果进行分析。
lammps参数
lammps参数LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) 是一款高效且灵活的分子动力学模拟软件。
它可以用于模拟原子、分子和原子团聚体系统的动力学行为。
LAMMPS 是一个传统的分子动力学程序，它包括一系列功能丰富的模拟方法、模型和分子间相互作用势函数。
下面将介绍一些常见的 LAMMPS 参数及其参考内容。
1. 模拟系统：在 LAMMPS 中，通过设置输入文件中的 `units` 参数可以选择不同的长度、能量和时间单位。
通常情况下，LAMMPS 使用的是无量纲化单位来进行模拟。
单位设置为 `lj` 表示使用Lennard-Jones 单位。
关于单位设置的详细内容可以在LAMMPS 官方文档中的 "units" 一节中找到相关信息。
2. 动力学算法：LAMMPS 提供了多种动力学算法，如经典牛顿运动方程模拟(NVE)、NVT (能量守恒、体系与热浴恒温)、NPT (能量守恒、粒子数不变、体系与热浴和压力恒定) 等。
这些算法可以通过设置输入文件中的 `fix` 参数来实现。
更多关于 LAMMPS 动力学模拟算法的详细说明可以在官方文档的"fix" 一节中找到。
3. 分子结构和拓扑：在 LAMMPS 中，分子结构可以通过 `read_data` 命令或自定义脚本生成。
可以定义不同的分子类型、原子数目、电荷、键长、键角、二面角等信息。
此外，LAMMPS 还支持各种拓扑约束条件，如键长限制、键角限制、二面角限制等。
关于分子结构和拓扑设置的更多细节可以在 "read_data" 一节和相关命令的文档中找到。
4. 分子间相互作用势函数：LAMMPS 支持多种分子间相互作用势函数的使用。
常用的势函数包括 Lennard-Jones 势函数和 Coulomb 势函数。
LAMMPS介绍资料中文版讲解
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, class2(COMPASS), tabulated.带点对相互作用势：Coulombic, point-dipole.多体作用势：EAM, Finnis/Sinclair EAM, modified EAM(MEAM), Stillinger-Weber, Tersoff, 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, class2(COMPASS)二面角势能：harmonic, CHARMM, multi-harmonic, helix, OPLS, class2(COMPASS) 不合理势能：harmonic, CVFF, class2(COMPASS)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。
lammps
后面的两个部分可以按照需要多次重复
(1) Initialization 在模拟体系定义之前, 一些参数必须要被设置. 相关的命令 有:units, dimension, newton, processors, boundary, atom_style, atom_modify. units: 选择单位系统, lammps提供了lj、real、metal三种单位系 统 dimension: 2d模拟还是3d模拟, 默认是3d boundary: 边界条件：周期性边界or自由边界 atom_style: 定义模拟体系中的原子属性, 注意这个style要区分 后面设置力场参数时命令里提到的atom type
Lammps是一个经典分子动力学代码 能够模拟三种状态中的全部颗粒，通 过使用各种力场和边界条件也能模拟 原子的、聚合的、生物的、金属的、 颗粒的和粗精度系统。
Lammps软件目前的特点
从势场角度看：建模软物质（生物分子，聚合物），固态 材料（金属，半导体），以及粗粒子和介观材料。更一般的 说是lammps程序是用来建模原子/介观/连续尺度物质以及其 在热、力学、化学条件下的性质的模拟软件，因此是系统化 方法。 Lammps程序运行环境：单CPU和多CPU，采用的是消息响 应和模拟域的空间分解并行机制。
③ 已经设置好的原子可以用replicate命令复制以生成一个更大 规模的模拟体系.
(3)Settings 原子和分子的拓扑信息定义好后, 要制定一系列的设置: 力场系 数、模拟参数、输出选项 等等. 力场系数可以通过这些命令定义: pair_coeff, bond_coeff, angle_coeff, dihedral_coeff, improper_coeff, kspace_style, dielectric, special_bonds. 其实力场系数也可以在data文件中制定. 各种模拟参数由这些命令设置: neighbor, neigh_modify, group, timestep, reset_timestep, run_style, min_style, min_modify. fix命令是lammps中很重要的一个命令, 它包括很多子命令, 可以 施加一系列的边界条件、时间积分、诊断选项等等. 模拟过程中通过下面的命令制定lammps进行各种计算: compute, compute_modify, variable. 输出选项由thermo, dump, restart命令设置.
lammps最常用的数值方法
lammps最常用的数值方法LAMMPS最常用的数值方法引言LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种广泛应用于分子力学模拟的开源软件。
在LAMMPS 中，数值方法是模拟的核心。
本文将详细介绍LAMMPS中最常用的数值方法。
分子力学模拟基础分子力学模拟基于牛顿力学，通过数值方法模拟原子或分子之间的相互作用。
这些相互作用力可以通过势函数表示。
以下是LAMMPS中常见的数值方法：分子动力学（Molecular Dynamics, MD）MD是一种经典的分子力学模拟方法，通过求解牛顿方程模拟粒子在力场中的运动。
MD方法具有高计算效率和适用于长时间尺度模拟等优点。
以下是LAMMPS中常用的MD方法：•Velocity-Verlet算法：Velocity-Verlet算法是MD 中最常用的积分算法之一。
它根据粒子的速度和加速度迭代更新粒子的位置和速度。
•NVE集团法：这种方法可以保证系统的粒子数（N）、体积（V）和能量（E）不变。
通过在数值积分过程中固定这些变量，可以模拟封闭系统的动力学性质。
蒙特卡罗（Monte Carlo, MC）MC方法通过随机选择和更新粒子的状态，在相空间中搜索最稳定或最佳结构。
MC方法常用于研究温度等参数对系统性质的影响。
以下是LAMMPS中常用的MC方法：•Metropolis算法：Metropolis算法是MC模拟中最常用的一种方法，通过接受或拒绝状态转移来模拟系统的平衡状态。
•其他MC算法：LAMMPS还提供了各种其他MC算法，包括重粒子MC、聚集体MC等。
束缚动力学（Brownian Dynamics, BD）BD方法模拟粒子在溶液中受到的随机力和耗散力的作用下的运动。
它常用于模拟细胞、胶体、高聚物等系统。
以下是LAMMPS中常见的BD 方法：•Langevin算法：Langevin算法模拟系统受到的随机力和耗散力。
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#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
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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
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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,
（完整版）LAMMPS手册学习.doc
（完整版）LAMMPS手册学习.docLAMMPS手册学习一、简介本部分大至介绍了LAMMPS的一些功能和缺陷。
1．什么时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, class2(COMPASS), tabulated.带点对相互作用势：Coulombic, point-dipole.多体作用势：EAM, Finnis/Sinclair EAM, modified EAM(MEAM), Stillinger-Weber, Tersoff, 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, class2(COMPASS)二面角势能：harmonic, CHARMM, multi-harmonic, helix, OPLS, class2(COMPASS) 不合理势能：harmonic, CVFF, class2(COMPASS)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。
lammps 算例
lammps 算例在分子动力学模拟中，LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一个非常常用的开源软件，用于模拟原子尺度的系统。
通过LAMMPS，我们可以模拟各种材料的性质，比如固体、液体和气体等。
它具有高度的并行性能，可以在多核处理器、GPU和分布式计算环境中运行，为科学家们提供了强大的工具来研究原子尺度的现象。
在使用LAMMPS进行算例时，首先需要准备模拟系统的输入文件。
这个文件通常包括原子种类、原子坐标、晶格常数、势能函数等信息。
在定义系统的初态后，可以通过LAMMPS提供的各种命令来进行模拟，比如设置模拟时间步长、温度控制、压力控制、应力计算等。
通过这些命令的组合，我们可以模拟出系统在不同条件下的行为，比如热膨胀、相变、物理性质等。
在LAMMPS中，最常用的势能函数是Lennard-Jones势。
这种势能函数描述了原子之间的范德华相互作用，可以很好地模拟出原子之间的吸引和排斥效应。
此外，LAMMPS还支持多种其他类型的势能函数，比如键-角-二面角势、电磁相互作用势等，可以根据不同的研究对象选择合适的势能函数。
在进行LAMMPS算例时，我们通常会关注系统的平衡态和动力学行为。
平衡态是指系统达到了稳定状态，不再发生显著的变化。
为了得到系统的平衡态，我们可以进行热平衡和几何优化等步骤。
动力学行为则关注系统在外部条件改变时的响应，比如拉伸、压缩、剪切等。
通过模拟这些动力学过程，我们可以获得系统的力学性质、热性质等信息。
除了单一系统的模拟，LAMMPS还支持多体系的并行计算。
通过将不同系统分配给不同的处理器或计算节点，可以显著提高计算效率，缩短模拟时间。
这对于大规模系统或长时间尺度的模拟非常有用，比如纳米颗粒的聚集行为、液体的扩散行为等。
总的来说，LAMMPS是一个功能强大、灵活性高的分子动力学模拟软件，广泛应用于材料科学、生物物理学、地球科学等领域。
lammps
Bulk system modeled via periodic boundary condition not feasible to include interactions with all images must truncate potential at half the box length (at most) to have all separations treated consistently Contributions from distant separations may be important
(Instruction: /windows.html)
• Please download the file: “in.thinfilm.in” • Guide for Windows install and run:
– /windows.html
N=32: 7000 collisions / h N=500: 500 collisions / h
N=32 6.5x105 coll. 4 days Production run ~20000 steps N=500 107 coll. 2.3 years
2015/7/17
Simulation Methods Introduction to MD Simulation
软件
HaoWang, JiapengYu
Peking University
Outline
• • • • • 分子动力学处于模拟物理中的位置 分子动力学原理、迭代过程 势能、力场 周期性边界条件、截断、积分步长 系综、观测量
First molecular dynamics simulation (1957/59)
lammps非平衡分子动力学
lammps非平衡分子动力学LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种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LAMMPS中的一种重要模拟方法，它可以模拟材料在非平衡状态下的行为。
在NEMD模拟中，我们可以通过施加外部场来使材料处于非平衡状态。
例如，我们可以施加温度梯度、压力梯度、电场等外部场，从而使材料的温度、压力、电荷等物理量在空间上发生变化。
这种方法可以模拟材料在真实环境中的行为，例如材料在热传导、流体流动、电子输运等过程中的行为。
NEMD模拟的核心是通过分子动力学模拟来计算材料的物理量。
在分子动力学模拟中，我们将材料看作由原子或分子组成的粒子系统，通过牛顿运动定律来计算粒子的运动轨迹。
在NEMD模拟中，我们需要在分子动力学模拟的基础上加入外部场的作用，从而使材料处于非平衡状态。
例如，我们可以通过施加温度梯度来模拟材料的热传导行为。
在这种情况下，我们需要在模拟开始时将材料分成若干个温度区域，并在每个区域内施加不同的温度。
然后，我们通过分子动力学模拟来计算材料中原子的运动轨迹，并根据原子的位置和速度来计算材料的温度分布。
通过这种方法，我们可以模拟材料在温度梯度下的热传导行为。
除了温度梯度，NEMD模拟还可以模拟其他非平衡状态下的行为，例如压力梯度、电场等。
这些模拟方法可以帮助我们更好地理解材料在非平衡状态下的行为，并为材料设计和应用提供重要的参考。
非平衡分子动力学是LAMMPS中的一种重要模拟方法，它可以模拟材料在非平衡状态下的行为。
通过施加外部场，我们可以模拟材料在热传导、流体流动、电子输运等过程中的行为，从而更好地理解材料的性质和行为。
lammps分子动力学 能量 平衡
lammps分子动力学能量平衡lammps（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种分子动力学模拟软件，用于模拟原子尺度下的物质行为。
在使用lammps进行分子动力学模拟时，能量平衡是一个非常重要的问题。
能量平衡是指在分子动力学模拟中，系统的总能量保持恒定或达到稳定状态的过程。
在模拟过程中，原子之间的相互作用力会改变原子的位置和速度，从而改变系统的总能量。
为了保持能量平衡，需要采取一些措施来控制系统的能量变化。
在lammps中，常用的能量平衡方法有几种：温度控制、压力控制和动力学平衡。
温度控制是通过控制系统的温度来实现能量平衡。
lammps可以通过设置初始温度、施加恒定温度的热浴或使用恒温算法来控制系统的温度。
温度控制能够使系统达到平衡状态，并保持能量的稳定。
压力控制是通过控制系统的压力来实现能量平衡。
lammps可以通过设置初始压力、施加恒定压力的压力场或使用等温等压算法来控制系统的压力。
压力控制能够使系统达到平衡状态，并保持能量的稳定。
动力学平衡是通过控制系统的动力学过程来实现能量平衡。
lammps可以通过设置模拟时间步长、采用合适的积分算法和控制模拟时间的长度来控制系统的动力学过程。
动力学平衡能够使系统达到平衡状态，并保持能量的稳定。
为了实现能量平衡，lammps还提供了一些其他的功能。
例如，lammps可以对原子的初始速度进行随机生成，以增加模拟的随机性；还可以通过启用长程库伦相互作用和范德华相互作用来模拟原子之间的相互作用力；此外，lammps还提供了多种能量输出选项，可以实时监测系统的能量变化。
能量平衡是lammps分子动力学模拟中的一个重要问题。
通过合理设置温度、压力和动力学参数，以及使用lammps提供的各种功能，可以实现系统的能量平衡，从而得到准确可靠的模拟结果。
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。
Lammps与分子动力学及常用软件介绍常用-模拟软件Lammps功能和原理
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）
官方网址：
国内交流论坛：
Lammps的功能
能（features）
一般意义（并行化，可扩充，脚本化输入，接口化编译） 专门意义（能建模原子类型，有什么力场，有那些原子操 作，如何设置系综/边界/约束，积分方法，输出控制，前 后图形处理，以及具有一些什么特色功能）
不能（non-features）
- 非图形化界面，不能自动建立分子结构模型和分配力场参 数，不具有复杂的分析的手段，不能可视化输出结果
DL-POLY 一般性分子模拟软件，界面友好，计算效率高。维护 服务很好。
Materials Studio
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。
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boundary p s s # 边界条件， 拉伸方向是周期性，其余是自由边界；如果是薄膜 拉伸则是两个周期性，块体则是三个周期性 units metal #单位制定义 为metal atom_style atomic #原子类型自 动 neighbor 2.0 bin #截断半径相 关的东西 neigh_modify delay 1 check yes # 邻近原子 列表更新速度 #create geometry lattice fcc 3.61 # 定义晶胞为 fcc，晶格常数3.61A region box block 0 30 0 3 0 3 #定义一个长 方体区域叫box，长30，宽和高是3 create_box 1 box #创建了这样 一个box create_atoms 1 box #在box里创 建了一种原子 mass 1 63.546 #定义这种原 子的质量是63.546 # potentials pair_style eam # 定义势函 数是EAM pair_coeff * * Cu_u3.eam #势所需要 的参数在此文件里
建立一个由N 个粒子（分子）组成的模型体系 解N 个粒子（分子）组成的模型体系的牛顿运动方程直至平 衡 平衡后，进行材料性能的计算，对模拟结果进行分析
分子动力学方法工作框图
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
#define groups region 1 block INF 1 INF INF INF INF 义了一个叫1的区域 group left region 1 义此区域里的原子叫left region 2 block 29 INF INF INF INF INF 定义了一个叫2的区域 group right region 2 义此区域里的原子叫right group boundary union left right 义left+ right = boundary group mobile subtract all left 义mobile= all - left # initialvelocities velocity left set 0.0 0.0 0.0 置原子初速度为0
thermo_style custom step temp etotal press v_pressx v_pressy v_pressz vol
1，直接把msi2lmp.exe拷贝到指定文件夹下（最好单独 一个）； 2，在ms中建立好结构模型后，在ds模块或者forcite模块 中指定力场类型，如对xxx结构指定为cvff力场（这一块 看你需要，人工或自动指定），并根据你的需要删除或者 改变一些结构信息（如删除键长，改变某些原子的力场类 型，在ms中比较容易实现）（这样做的目的是为了少在 lammps的data文件中做修改），export结构保存为.car 格式，同时自动有.mdf格式的文件生成（mdf文件中保存 有对应的力场参数信息，如上面的cvff力场）； 3，将xxx.car和xxx.mdf文件拷贝到msi2lmp.exe所在的 文件夹，并将tools/msi2lmp/biosym_frc_files文件中对 应的力场文件拷贝到这个文件夹中（如上面的cvff.frc） （很多朋友在转化过程中报错找不到力场信息就是这个原 因，没有力场文件来解释.mdf文件，lmp自带的力场文件 和ms中的力场文件一模一样，所以这一步很关键，一定 记住你在ms中给结构指定力场时用的那种力场，在这就 拷贝那种力场，我一般就用cvff，呵呵足够了）； 4，在这个文件目录下，通过终端命令行./msi2lmp.exe xxx -class I -frc cvff > data.xxx 运行程序，运行成功生 成data.xxx文件和mmps05文件，data.xxx是空的 可以直接删除，数据在mmps05文件中。5，在 mmps05文件中修改力场参数（把自己的数据加进 去），ok！
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, energy is $E" fix 1 all nvt 100 100 100 drag 0.2 # nvt 系综，原子数、 体积和温度保持不变;T=100K timestep 0.005 # 步长 0.005fs run 1000 # 运行 1000 步 print "nvt performed, temperature up: $N atoms, total energy is $E" fix 1 all nvt 100 0.0001 100 drag 0.2 # nvt 系综，温度由 100K 到0.0001K run 1000 # 运行 1000 步 print "nvt performed, temperature down: $N atoms, total energy is $E" compute 3 all pe/atom # 计算每个原子的势能 compute 4 all ke/atom # 计算每个原子的动能 compute 5 all coord/atom 3.0 # 计算每个原子的近邻原 子数 #dump 1 all custom 1 dump.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5 # 将信息写入dump.atom dump 1 all custom 1 mmpstrj id xs ys zs c_3 c_4 c_5 min_style sd minimize 1.0e-12 1.0e-12 10000 10000 # 再次能量最小 化
分子动力学模拟：金属晶体建模与计算 模拟
作者：ECJTU MingMu
0、分子动力学介绍 1、建模练习 2、编程练习 3、结果分析
0、分子动力学介绍
分子动力学的原理&步骤
原理：多体问题的严格求解，需要建立并求解体系 的薛定谔方程，根据波恩-奥本海默近似，原子核 的运动可以用经典动力学方法处理 薛定谔方程 牛顿运动方程（简化计算） 步骤
Thank you for your attention！
#定 #定 # #定 #定 #定
#设
compute p all pressure thermo_temp # 计算应力， 计算结果记为p variable pressx equal c_p[1] #定义变量 pressx=c_p[1],c_p[1]的意思是p里第一个值 variable pressy equal c_p[2] #定义变量 pressy=c_p[2],c_p[2]的意思是p里第二个值 variable pressz equal c_p[3] #定义变量 pressz=c_p[3],c_p[3]的意思是p里第三个值
1、建模练习
软件materials stuidio 5.5 Fe晶体练习
H2O练习
Fe-H2O-Fe 练习1源自建模练习软件lammps编程
units metal # 单位为lammps 中的metel 类型 boundary p p p # 周期性边界条件 atom_style atomic # 原子模式 lattice fcc 3.61 # Cu 的晶格常数3.61 region box block 0 4 0 4 0 4 # x,y,z 各方向上 的晶胞重复单元数，也即区域大小 create_box 1 box # 将上述区域指定为模拟的 盒子 create_atoms 1 box # 将原子按晶格填满盒子 pair_style eam # 选取 Cu 的EAM 势作为模型 pair_coeff * * Cu_u3.eam # EAM 势文件名称 run 0 # 运行0 步，仅为启动lammps 的热力学 数据计算 variable E equal pe # 定义变量 E 为系统总势 能 variable N equal atoms # 定义变量 N 为系统 总原子数