第五講_分子動(dòng)力學(xué)模擬的Lammps實(shí)現(xiàn)

1、B、使用L-J勢(shì)模擬裂紋的擴(kuò)展 L-J 無(wú)量綱化計(jì)算中的單位 B、使用L-J勢(shì)模擬裂紋的擴(kuò)展 裂紋 lower upper leftupper leftlower x y Lammps計(jì)算輸入文件 # 2d LJ crack simulation(問(wèn)題的基本初始化) dimension 2 #2維分子動(dòng)力學(xué)模擬 boundary s s p #x,y方向不存在周期邊界條件，z方向周期邊界條件。 atom_style atomic #原子類(lèi)型（金屬） Neighbor 0.3 bin #建近鄰表參數(shù)（rc+0.3）bin表示為近鄰表類(lèi)型。 neigh_modify delay 5 #間隔多少載荷

2、步重新形成近鄰表 Lammps計(jì)算輸入文件 # create geometry創(chuàng)建初始幾何構(gòu)形 Lattice hex 0.93 #指定晶格類(lèi)型（二維hex）和晶格常數(shù) Region box block 0 100 0 40 -0.25 0.25 #定義一個(gè)區(qū)域 create_box5 box #在指定區(qū)域建立一個(gè)simulation box,5表示原子類(lèi)型的種類(lèi)數(shù) create_atoms 1 box #在simulation box中創(chuàng)建類(lèi)型為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 #指定單個(gè)

3、原子的質(zhì)量 Lammps計(jì)算輸入文件 # LJ potentials(指定原子作用勢(shì)) pair_stylelj/cut 2.5 #指定lj勢(shì)，截?cái)喟霃綖?.5 pair_coeff * * 1.0 1.0 2.5 #指定lj勢(shì)參數(shù) # define groups（便于加載） Region 1 block INF INF INF 1.25 INF INF Group lower region 1 #定義lower組（便于施加外加速度） Region 2 block INF INF 38.75 INF INF INF Group upper region 2 #定義upper組（便于施加外加速度

4、） Group boundary union lower upper #定義總邊界組 Group mobile subtract all boundary #定義可動(dòng)原子組（便于統(tǒng)計(jì)溫度） Lammps計(jì)算輸入文件 regionleftupper block INF 20 20 INF INF INF regionleftlower block INF 20 INF 20 INF INF groupleftupper region leftupper groupleftlower region leftlower #定義左上、左下原子組（便于指定裂紋的存在） setgroup leftuppe

5、r type 2 setgroup leftlower type 3 setgroup lower type 4 setgroup upper type 5 #指定原子類(lèi)型（便于指定裂紋的存在） Lammps計(jì)算輸入文件 # initial velocities初始化速度 computenew mobile temp #定義溫度的計(jì)算（可動(dòng)區(qū)域內(nèi)統(tǒng)計(jì)平均） compute new2 mobile stress/atom #定義原子應(yīng)力的計(jì)算（整個(gè)區(qū)域） Velocity mobile create 0.01 887723 temp new #按指定的溫度（0.01）計(jì)算方法，初始化原子的速度

6、Velocity upper set 0.0 0.3 0.0 #upper原子組y方向的速度為0.3 Velocity mobile ramp vy 0.0 0.3 y 1.25 38.75 sum yes #mobile原子的速初始度從0到0.3線性變化 # fixes施加約束 fix1 all nve #nve系綜的積分算法 fix2 boundary setforce NULL 0.0 0.0 #邊界boundary上力條件，鋼化原子，便于加載！ Lammps計(jì)算輸入文件 # run運(yùn)行計(jì)算 timestep0.003 #時(shí)間間隔步 Thermo 200 #每200步輸出熱動(dòng)力學(xué)統(tǒng)計(jì)量

7、thermo_modify temp new #計(jì)算溫度通過(guò)new指示的方法計(jì)算 neigh_modify exclude type 2 3 #原子2，3之間作用取消（也就是通過(guò)不使他們?cè)诮彵碇谐?現(xiàn)實(shí)現(xiàn)） Dump 1 all atom 500 dump.crack #每隔500步將原子信息寫(xiě)入文件dump.crack Dump 2 mobile custom 500 dump2.crack tag x y z c_new22 run5000 #進(jìn)行5000步的模擬 C.使用EAM勢(shì)模擬Ni的循環(huán)行為 u u u z x y 常溫30K條件下 金屬材料模擬中Lammps的單位 # 3d m

8、etal 拉伸模擬 #模擬條件的初始化 Units metal #指定模擬中的單位類(lèi)型 boundary s s s #指定模擬的邊界條件 atom_style atomic #指定原子類(lèi)型，原子的屬性 Lattice fcc 3.52 #指定材料的晶格類(lèi)型和晶格常數(shù) region box block -5 5 -5 5 -15 15 #xlo,xhi,ylo,yhi,zlo,zhi =區(qū)域box的上下限 create_box 1 box #建立只有1中原子類(lèi)型的simulation box create_atoms 1 box #在simulation box中創(chuàng)建類(lèi)型為1的原子（原子位置初

9、始化） Lammps計(jì)算輸入文件 pair_styleeam #定義原子之間相互作用勢(shì) pair_coeff* * Ni_u3.eam #定義作用勢(shì)的參數(shù)，通過(guò)文件輸入 Neighbor 2.0 bin #定義近鄰表參數(shù)(r+rc),rc=2.0埃 neigh_modify delay 5 #定義更新近鄰表的加載步間隔 Lammps計(jì)算輸入文件 regionlower block INF INF INF INF INF -13 #生成lower區(qū)域，便于加載 regionupper block INF INF INF INF 13 INF #生成upper區(qū)域，便于加載 grouplower

10、region lower #定義lower組 groupupper region upper #定義upper組 groupboundary union lower upper #定義boundary組 groupmobile subtract all boundary #定義mobile組，便于計(jì)算統(tǒng)計(jì)溫度（調(diào)溫） Lammps計(jì)算輸入文件 #定義計(jì)算和邊界鋼化 compute new2 all centro/atom #定義計(jì)算原子的適配度（針對(duì)所有的原子） compute new3 mobile temp 定義計(jì)算統(tǒng)計(jì)溫度（針對(duì)可動(dòng)原子） Fix 1 all nve #時(shí)間積分算法（微正

11、則系綜） fix 2 lower setforce NULL NULL 0.0 #使得lower group之間沒(méi)有z方向的力，z方向鋼化 fix 3 upper setforce NULL NULL 0.0 #使得upper group之間沒(méi)有z方向的力，z方向鋼化 Lammps計(jì)算輸入文件 #定義控溫和原子速度初始化 fix 4 mobile temp/rescale 10 30.0 30.0 5.0 1.0 #使用直接調(diào)溫法調(diào)整mobile原子的速度，每10步一調(diào) #使得目標(biāo)溫度為30+-1K，溫度在30+-5rescale之外調(diào) fix_modify 4 temp new3 #調(diào)溫時(shí)，

12、計(jì)算溫度采用news計(jì)算 Velocity mobile create 30 887723 temp new3 #初始化mobile group中原子的初速度 #通過(guò)溫度30K初始化，溫度通過(guò)new3計(jì)算，887723 為隨機(jī)數(shù) Lammps計(jì)算輸入文件 dump 2 all custom 200 d_t.txt tag x y z c_new2 #定義輸出，每?jī)砂俨捷敵鲆淮?#tag為原子標(biāo)號(hào) #x，y，z為原子坐標(biāo) #c_new2為new2所計(jì)算的原子適配度 #這一參數(shù)可以判斷原子是否是理想晶格 #或者在位錯(cuò)和堆垛層錯(cuò)上 timestep 0.001 #時(shí)間步長(zhǎng)間隔（ps=10e-12秒）

13、 #時(shí)間步長(zhǎng)在飛秒量級(jí)10e-15秒 #小于原子自振周期的十分之一（0.1ps/10） Lammps計(jì)算輸入文件 Lammps計(jì)算輸入文件 thermo_style custom step temp pe etotal press vol #屏幕輸出梁的控制，step加載步 #temp溫度，pe總勢(shì)能，etotal總能量 #press為壓強(qiáng),vol為simulation box的體積 thermo100 # 每100步在屏幕上打印統(tǒng)計(jì)熱動(dòng)力學(xué)量 thermo_modify temp new3 #輸出的溫度為new3的計(jì)算值 #弛豫和循環(huán)加載 run 2000 #不加任何載荷計(jì)算2000步 ve

14、locityupper set 0 0 0.4 velocitylower set 0 0 -0.4 run 10000 velocityupper set 0 0 -0.4 velocitylower set 0 0 0.4 run 20000 velocityupper set 0 0 0.4 velocitylower set 0 0 -0.4 run 10000 #循環(huán)載荷模擬 Lammps計(jì)算輸入文件 D.使用EAM勢(shì)模擬Ni的剪切行為 v upper lower mobile z x y Ni FCC Ni FCC 晶格晶格 D.使用EAM勢(shì)模擬Ni的剪切行為 Z x Y y z

15、# 3d metal shear simulation 3維金屬剪切模擬 Units metal #采用金屬材料單位 boundary s s p #施加z方向的周期邊界條件 atom_style atomic #定義原子之間的相互作用（沒(méi)有鍵鍵作用） Lattice fcc 3.52 #指定晶格為fcc，晶格常數(shù)3.52埃 Region box block 0 16.0 0 10.0 0 2.828427 #定義區(qū)域box （x上下限，y上下限，z上下限） create_box 3 box #在box區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建包含3種原子類(lèi)型的simulation box Lammps計(jì)算輸入文件 Lamm

16、ps計(jì)算輸入文件 Lattice fcc 3.52 orient x 1 0 0 orient y 0 1 1 orient z & 0 -1 1 origin 0.5 0 0 #指定晶格類(lèi)型、晶格常數(shù)、x,y,z坐標(biāo)的晶向 # &續(xù)行符、晶胞的起始點(diǎn)（0.5表示半個(gè)晶格常數(shù)） create_atoms 1 box #在box區(qū)域內(nèi)建立類(lèi)型為1的原子 pair_styleeam #定義原子之間作用勢(shì)為嵌入原子勢(shì) pair_coeff * * Ni_u3.eam #指定嵌入勢(shì)參數(shù)文件 Lammps計(jì)算輸入文件 neighbor0.3 bin #指定原子近鄰列表參數(shù)rc+r1中的r1 neigh_

17、modify delay 5 #指定近鄰表更新頻率 regionlower block INF INF INF 0.9 INF INF regionupper block INF INF 6.1 INF INF INF grouplower region lower groupupper region upper groupboundary union lower upper #指定邊界組，用于施加邊界條件 groupmobile subtract all boundary #指定可動(dòng)部分組，用于計(jì)算溫度 Lammps計(jì)算輸入文件 setgroup lower type 2 setgroup

18、upper type 3 #設(shè)置原子類(lèi)型lower為2，upper為3 Compute new3d mobile temp #設(shè)定溫度計(jì)算new3d Compute new2d mobile temp/partial 0 1 1 #設(shè)定溫度計(jì)算new2d，忽略x方向速度 compute new1d all stress/atom #設(shè)定原子應(yīng)力計(jì)算 Velocity mobile create 300.0 5812775 temp new3d #初始化mobile區(qū)域原子的速度 #使new3d方法計(jì)算的溫度為300k？ Fix 1 all nve #使系綜為nve系綜，同時(shí)確定了方程的積分方法 Fix 2 boundary setforce 0.0 0.0 0.0 #使邊界上原子x，y，z方向的受力均為0 Fix 3 mobile temp/rescale 10 300.0 300.0 10.0 1.0 #使用直接調(diào)溫法，每10步準(zhǔn)備調(diào)一次 #如果在300+-10k內(nèi)不調(diào) #如調(diào)的話要求其范圍在300+-1k之內(nèi) fix_modify 3 temp new3d #fix 3 調(diào)溫時(shí)采用new3d的計(jì)算方案 Lammps計(jì)算輸入文件 Lammps