LAMMPS软件与分子模拟的实现
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。
lammps分子模拟石墨烯建长键角
LAMMPS是一款用于进行分子动力学模拟的软件，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
在模拟石墨烯的生长过程中，键角的控制是至关重要的。
在模拟中，石墨烯的生长通常是从单个碳原子开始的。
随着时间的推移，这些碳原子会通过化学键连接在一起，形成石墨烯的二维结构。
在这个过程中，控制键角是关键。
键角的大小决定了石墨烯的最终结构和性质。
使用LAMMPS进行模拟时，可以通过调整模拟参数来控制键角。
例如，可以调整碳原子之间的相互作用力，或者改变模拟的温度和压力条件。
这些参数会影响碳原子之间的相对位置，从而影响键角的大小。
通过精细调整这些参数，可以尝试生成具有特定键角大小的石墨烯结构。
这种模拟方法有助于深入了解石墨烯的生长机制，并为实验提供指导。
同时，模拟结果也可以用于预测石墨烯在不同条件下的性质和行为，为实际应用提供理论支持。
总之，使用LAMMPS进行分子模拟是一种有效的方法，可以用来研究石墨烯的生长过程中键角的控制。
通过调整模拟参数，可以深入了解石墨烯的生长机制，并为实验和应用提供有价值的指导。
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。
lammps建水分子
lammps建水分子使用LAMMPS建模水分子LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种常用的分子动力学模拟软件，可以用于模拟各种复杂的分子体系，包括水分子。
水是一种普遍存在于地球上的重要分子，研究水分子的行为对于理解和解释许多自然现象非常重要。
在本文中，我们将介绍如何使用LAMMPS建模和模拟水分子的方法。
我们需要准备水分子的结构和参数。
水分子由两个氢原子和一个氧原子组成，分子间通过共价键连接。
在LAMMPS中，我们需要定义每个原子的质量、电荷和力场参数。
对于水分子，通常使用TIP3P模型，其中氧原子带负电荷，氢原子带正电荷。
此外，还需要定义原子间的键长、键角和势能函数等参数。
接下来，我们需要创建水分子的初始结构。
可以使用LAMMPS提供的工具或其他建模软件如VMD等来生成水分子的初始结构。
一种常用的方法是在一个正交晶胞中放置水分子，并使用周期性边界条件来模拟无限大的水系统。
我们可以根据需要调整晶胞的大小和水分子的数量来控制模拟系统的尺寸。
在创建初始结构后，我们需要定义模拟系统的边界条件、温度和压力等参数。
对于水分子，通常使用周期性边界条件来模拟无限大的水系统。
温度可以通过控制模拟系统中粒子的速度来实现，可以使用NVT（常温常容）或NPT（常温常压）等模拟模式。
压力可以通过控制模拟系统中粒子之间的相互作用力来实现。
在设置模拟参数后，我们可以运行LAMMPS进行水分子模拟。
LAMMPS使用分子动力学方法模拟粒子在时间上的演化，根据定义的势能函数和初始条件计算粒子之间的相互作用力，并根据牛顿第二定律计算粒子的加速度和速度。
通过迭代计算，我们可以得到水分子在模拟过程中的轨迹和动力学性质。
在模拟结束后，我们可以对模拟结果进行分析和可视化。
LAMMPS 提供了丰富的分析工具和输出选项，可以计算和输出水分子的结构参数（如键长、键角等）、动力学性质（如速度、动能等）和热力学性质（如能量、压力等）。
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）。
lammps分子模拟石墨烯建长键角
lammps分子模拟石墨烯建长键角LAMMPS，也称为Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，是一个分子动力学模拟软件，可用于模拟原子和分子系统的动力学行为。
本文将介绍如何使用LAMMPS进行石墨烯的模拟，并着重探讨石墨烯中的长键角。
石墨烯是由碳原子形成的二维晶格结构，具有优异的力学、电子和光学性质。
其中的键角是石墨烯模拟中一个重要的参数，可以影响石墨烯的结构和性质。
通过调整键角的大小，可以改变石墨烯的机械强度、电子传输和能带结构等特性。
在LAMMPS中，我们可以使用Morse势函数来描述石墨烯中的键角。
Morse势函数是一种用于描述分子振动的经验势函数。
它的形式为：V(r) = D * (1 - exp(-a * (r - r0)))^2其中V(r)是势能与键长r之间的关系，D是势阱深度，a是振动频率，r0是平衡键长。
首先，我们需要准备一个初始的石墨烯晶胞。
可以使用LAMMPS提供的工具生成一个石墨烯晶胞文件。
然后，我们可以通过定义一个原子类型和键角类型，在输入文件中使用"read_data"命令来读取晶胞文件。
在LAMMPS输入文件中，可以使用"pair_style"和"pair_coeff"命令定义键角的势函数和参数。
例如，我们可以将石墨烯晶胞文件命名为"graphene.data"，在输入文件中添加以下命令来定义键角：```# Define the potential and parameters for the bond angle pair_style morsepair_coeff * * D a r0# Define the read_data command to read the graphene cell fileread_data graphene.data```在上述命令中，D、a和r0分别是Morse势函数的参数，它们需要根据实际情况进行选择和调整。
lammps教程
lammps教程
LAMMPS是一个常用的分子动力学模拟软件，用于模拟原子、分子的运动和相互作用。
下面是一份关于如何使用LAMMPS
进行模拟的简单教程。
1. 安装LAMMPS：首先，你需要从官方网站上下载LAMMPS 的最新版本。
根据你的操作系统，选择合适的版本进行下载和安装。
2. 准备输入文件：在使用LAMMPS之前，你需要准备一个输
入文件，用于描述你想要模拟的系统和模拟的条件。
这个文件通常使用文本编辑器创建，扩展名为".in"。
在输入文件中，你
需要定义原子的初始位置、速度、力场参数等。
你也可以在输入文件中指定模拟的时间、温度、压力等参数。
3. 运行LAMMPS：在终端中，使用以下命令来运行LAMMPS，同时指定输入文件：
```
lammps < input_file.in
```
然后，LAMMPS将读取输入文件中的信息，并开始模拟。
4. 分析和可视化结果：LAMMPS输出的模拟结果通常以文本
文件的形式保存。
你可以使用文本处理工具（如awk、sed等）来分析并提取模拟结果中的关键信息。
此外，还可以使用可视
化软件（如VMD、OVITO等）来对模拟结果进行可视化和分析。
注意：以上只是一个简单的教程，介绍了LAMMPS的基本使用方法。
LAMMPS具有非常丰富的功能和参数选项，可以进行复杂的分子动力学模拟。
请参考LAMMPS的官方文档和用户手册，以获取更详细和全面的指导。
lammps分子模拟石墨烯建长键角 -回复
lammps分子模拟石墨烯建长键角-回复在LAMMPS中使用分子模拟来构建石墨烯的建长键角是一个常见的任务。
在本篇文章中，我将详细介绍使用LAMMPS进行石墨烯模拟的步骤，并解释如何添加长键角来模拟石墨烯的特性。
首先，让我们先了解一下LAMMPS是什么。
LAMMPS是一种开源的分子动力学模拟软件，用于模拟原子、分子和离子在各种材料中的行为。
它提供了一系列功能丰富的计算工具和模型，可以帮助研究人员理解和预测材料的性质。
要使用LAMMPS进行石墨烯模拟，我们首先需要创建一个输入文件，我们称之为"input.deck"。
在这个文件中，我们需要定义系统的初始状态，包括原子的初始位置和速度，以及模拟的时间步长等参数。
让我们以一个简单的石墨烯片为例。
首先，我们需要定义石墨烯的晶格结构。
石墨烯由碳原子组成，每个原子有三个相邻原子和一个孤对电子。
为了模拟石墨烯的特性，我们需要引入一个力场，如Lennard-Jones势能，来描述原子之间的相互作用。
我们可以使用LAMMPS提供的现有势场文件，如"ffield.reax"来描述碳原子之间的相互作用。
接下来，在输入文件中，我们需要定义一个"units"块来设置模拟过程中的单位。
例如，我们可以选择以LJ单位来定义长度和能量单位。
使用LJ单位可以简化计算，并提供更方便的结果。
然后，我们需要定义一个"atom_style"块来描述原子的类型和属性。
对于石墨烯，我们只需要定义一种原子类型，即碳原子。
我们也可以设置其他原子属性，如电荷和质量。
在输入文件的下一部分，我们需要定义原子的初始位置。
由于石墨烯具有规则的结构，我们可以使用一些自动生成的脚本来生成初始位置。
例如，我们可以使用LAMMPS提供的"topo hconv"命令来创建一个石墨烯片的初始结构。
接下来，我们可以定义模拟的时间步长、总步数和温度。
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Lammps常见命令
unit dimension newton 选择单位系统，L-J、real、metal 2D or 3D? 默认是3D
processors
boundary atom style atom modify atom type 告诉lammps在你的模拟中使用何种力场？ pair_style, bond_style, angle_style, dihedral_style, improper_style 边界条件：周期性边界or自由边界？ 定义你的模拟体系中的原子属性
2. Lammps功能和原理
Lammps初识 Lammps的功能 Lammps的原理 Lammps的特点 Lammps的应用
Lammps初识
Lammps程序是一个经典分子 动力学计算程序。全称 Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator
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 # 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）
补充内容 Lammps与分子动力学
常用模拟软件
Lammps功能和原理 经典范例
1. 常用的MD模拟软件
NAMD：免费
主要针对与生物和化学软材料体系，程序设计水平高，计 算效率高。有很好的分析辅助软件VMD。
AMBER
主要针对生物体系，也适当兼容一般化学分子。有很好的 内置势能模型，自定义新模型和新分子很方便，有很完善 的维护网站。计算效率不高运算速度慢。
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软件入门
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
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
• • • • • • • # 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
3.经典范例
使用L-J势模拟裂纹的扩展 使用EAM势模拟Ni的剪切行为 Cu、Ni等金属的凝固过程模拟 表面能计算
A. 使用L-J势模拟裂纹的扩展
leftupp er 裂纹 uppe r
y
leftlow er x lowe r
Lammps计算输入文件
• # 2d LJ crack simulation(问题的基本初始 化)
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？
CHARMM
主要针对生物体系，也包含部分化学体系。势能模型更新 很快自定义新模型比较方便。计算效率低。
GROMACS 免费 主要针对生物体系，也适当照顾一般化学体系。算法 好，计算效率高。界面友好，维护服务好。 TINKER 免费 一般性分子动力学软件，对生物体系略有偏重。优点 支持多种模型。仍在开发中，某些方面还不完善。 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
• set • set group leftupper type 2 group leftlower type 3
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 # 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！！
Lammps的基本原理
编写、输入模拟程序
运行模拟 输出结果
可视化
结果分析
Lammps输入文件的主要组成部分
Initialization Atom definition Settings Run a simulation
后面的两个部分可以按照需要多次重复。
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： Steve Plimpton, Aidan Thompson, and Paul Crozier 网上邮件组可以解决和及时交流
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）
Lammps软件的应用
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，units create_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：is any operation that is applied to the system during timestepping or minimization. Examples include updating of atom positions and velocities due to time integration, controlling temperature, applying constraint forces to atoms, enforcing boundary conditions, computing diagnostics, 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）