Lammps 软件的学习和应用

Lammps软件的学习和应用hooge2011年4月上海超算中心Lammps程序应用培训交流主要内容分享一些曾经的学习和使用体会初识LAMMPS程序–lammps程序初识–Lammps程序的特点如何有效学习lammps程序–如何快速入门–如何有效学习手册如何应用lammps程序解决问题–Lammps程序应用过程–Lammps应用的实例分析Lammps程序初识Lammps程序是一个经典分子动力学计算程序。LAMMPS是代表Large-scaleAtomic/MolecularMassivelyParallelSimulator。官方网址：:adevicethatgenerateslight,heat,ortherapeuticradiation;somethingthatilluminesthemindorsoul--国内交流论坛：程序能与不能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-补救：Pizza.py工具包，用于建模和分析以及可视化，但是功能不够强大。-必须一些其他前后处理软件（几何建模，物理建模，可视化分析）结合使用，接口方法。Lammps程序目前的特点（简述）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。Lammps程序代码共享和模块化设计，具有功能易于扩充的特性。新版采用C/C++语言书写，周期性发布，以日期为为准，不断更新一些bug和增加一些功能。脚本语言应用开发。美国能源部下属的圣地亚国家实验室发布，主要作者：StevePlimpton,AidanThompson,andPaulCrozier网上邮件组可以解决和及时交流Lammps程序入门选择正确的比正确的选择更重要明确自己的问题和方向，选择正确的工具–要做的是什么问题，属于物理，化学，力学，材料，还是都有？能否具体到希望要作出什么结果？实验和理论上是否有相似的研究？再看问题是否适合lammps程序？是否有别的程序可以替代选择或者联合选择？计算环境搭建可行性分析–现有计算机条件:硬件水平决定模拟的规模–是否有相关的支持：软件环境–团队学习的重要：交流是非常重要学习一点分子动力学基础–物理学基础：原子论，量子论，简单的数学–材料学基础：结构化材料，晶体理论–统计力学基础：热力学知识，统计分布–专业基础：热流热导分析，应力分析，辐射损伤分析，蛋白质–计算机基础：程序学习和改进，编程和硬件识别Lammps手册的使用----法宝求人不如求己–准备一份纸版，一份电子版放置在桌面。养成良好的学习习惯–几个章节必须看（1-1,2,3；2-2,3,5,6,7；3-1,2,3；4-all)–读做例子有感觉（melt，crack，shear）–错误信息自己找（完美的错误提示信息）–随手整理做记录命令学习（工具体现）–命令名称：基本上告诉你意义–书写格式：脚本语言的特色–格式选项说明：严格遵守，最好理解含义–范例书写：有助于自己写脚本–注意事项：特别的地方–相关命令：命令分类学习，比如输入有那些方式，势函数定义有哪几类？Lammps程序的应用千里之行，始于足下应用步骤—程序安装–安装平台环境（考虑不同的操作系统，是否并行计算）–简单易行的安装Windows下：命令行执行方式Linux下：编译选择项几个关键点：编译器的选择；并行库的位置，相关库的位置应用步骤--实例学习–输入脚本格式书写：3-1节内容，积木式搭建–分块命令学习方法：几何模型构建：atom_style,boundary,dimension，unitscreate_atoms,create_box,lattice,read_data,read_restart,region,replicate物理模型构建：angle_coeff,angle_style,bond_coeff,bond_style,dielectric,dihedral_coeff过程模型构建：Fix：isanyoperationthatisappliedtothesystemduringtimesteppingorminimization.Examplesincludeupdatingofatompositionsandvelocitiesduetotimeintegration,controllingtemperature,applyingconstraintforcestoatoms,enforcingboundaryconditions,computingdiagnostics,etc.输出模型构建：compute过程计算量，热力学输出量（全局量），局部表征量（单个原子、组原子）实例研读一之裂纹分析#2dLJcracksimulation//解释和说明#-------------------几何模型----------------dimension2//几何维度boundaryssp//边界设定atom_styleatomic//原子类型设定neighbor0.3bin//计算方法的设定neigh_modifydelay5#creategeometrylatticehex0.93//晶格结构regionboxblock0100040-0.250.25//模拟几何区域设定create_box5box//创建模拟域几何盒子（box）create_atoms1box//创建原子#------------------------物理模型------------------mass*1.0//质量#LJpotentialspair_stylelj/cut2.5//力场类型pair_coeff**1.01.02.5//力场参数#definegroups#-----------------------过程建模--------------------Region1blockINFINFINF1.25INFINF//区域划分grouplowerregion1//区域内原子分组region2blockINFINF38.75INFINFINFgroupupperregion2groupboundaryunionloweruppergroupmobilesubtractallboundary//组原子可以组合regionleftupperblockINF2020INFINFINFregionleftlowerblockINF20INF20INFINFgroupleftupperregionleftuppergroupleftlowerregionleftlowersetgroupleftuppertype2//不同区域原子分配类型setgroupleftlowertype3setgrouplowertype4setgroupuppertype5#initialvelocities#---------------过程建模-----------------computenewmobiletempvelocitymobilecreate0.01887723tempnew//边界施加速度velocityupperset0.00.30.0velocitymobilerampvy0.00.3y1.2538.75sumyes#----------------分子动力学过程建模---------#fixesfix1allnve//积分，样本fix2boundarysetforceNULL0.00.0#run#------------------输出建模-------------------timestep0.003//时间步长thermo200//采样步长thermo_modifytempnewneigh_modifyexcludetype23dump1allatom500dump.crack//输出到文件run5000//运行开始Lammps程序应用之二----表面能计算物理理论建模是关键，程序仅仅只能是实现的工具。新表面100表面表面能计算几何建模：简单晶格结构物理建模：简单合金势函数区域分块100表面过程建模：实现真空层输出建模：计算能量，原子坐标输出控制：格式，参变量能量最小化方法，计算E0特殊技巧处理过程建模：移动盒子，移动原子，产生新的表面，计算产生新表面后的E（final）计算111表面，首先几何建模的过程中要知道如何在物理和几何上产生（111），最后通过lammps的命令的方法实现。latticefcc3.615origin000orientx11-2orienty-110orientz111•Lammps具有强大功能和开放式的扩充结构•后续的数据处理常常是非常辛苦的•Lammps程序需要结合其他程序来完成你的发文章的要求模拟研究的任务。•做好修改源程序的准备小结谢谢