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。
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。
lammps自由体积表征
lammps自由体积表征LAMMPS是一种常用的分子动力学模拟软件，被广泛应用于材料科学、化学和生物科学等领域。
其中，自由体积表征是LAMMPS中一项重要的功能，它可以用来模拟材料体系的体积变化和压缩性质。
本文将详细介绍LAMMPS自由体积表征的原理和应用。
自由体积（Free Volume）是指材料中分子之间的空隙，它是材料压缩性质的关键因素。
在LAMMPS中，通过定义一个或多个自由体积分子（Free Volume Molecule），可以模拟材料体系的体积变化和压缩性质。
自由体积分子可以看作是一种特殊的分子，它的运动和相互作用可以代表整个材料体系的性质。
在LAMMPS中，自由体积分子的运动遵循分子动力学的原理。
它们受到分子间相互作用力和外部约束力的影响，同时也可以与其他自由体积分子发生碰撞和交换。
通过调整自由体积分子的数目、大小和初始位置，可以模拟材料体系在不同温度、压力和体积条件下的行为。
为了实现自由体积表征，在LAMMPS中需要定义自由体积分子的属性和相互作用力。
首先，需要指定自由体积分子的形状、大小和运动方式。
常见的自由体积分子形状包括球形、立方体和柱形等，可以根据具体材料的特点选择合适的形状。
其次，需要定义自由体积分子之间的相互作用力。
这些相互作用力可以通过势函数（Potential）来描述，常见的势函数有Lennard-Jones势和Coulomb势等。
最后，还需要设置模拟的温度、压力和体积等参数，以便进行模拟计算。
通过LAMMPS自由体积表征，可以研究材料的体积变化和压缩性质。
例如，可以模拟材料在不同温度和压力下的体积收缩率，从而预测材料的热膨胀性质。
此外，还可以研究材料在不同应变条件下的变形行为，以及材料的弹性和塑性性质。
通过对材料的自由体积进行控制和调节，可以实现对材料性质的调控和优化。
除了材料科学领域，LAMMPS自由体积表征还可以应用于其他领域的研究。
例如，在化学领域可以用于模拟气体的吸附和扩散行为，以及溶液的溶解和分离过程。
lammps原子施加力
lammps原子施加力LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种常用的分子动力学模拟软件，用于模拟原子和分子系统的运动。
在LAMMPS中，我们可以通过施加力来模拟不同原子之间的相互作用。
在LAMMPS中，原子间的相互作用可以通过势函数来描述。
常用的势函数包括Lennard-Jones势和Coulomb势。
Lennard-Jones势用于描述非极性原子对之间的相互作用，而Coulomb势则用于描述极性原子对之间的相互作用。
对于每个原子，LAMMPS都可以计算出其受到的力和势能。
这些力对于模拟系统的动力学行为非常重要。
根据牛顿第二定律，原子受到的合力将决定其加速度和速度的变化。
施加力的方式有很多种。
最常用的方法是通过在模拟中的输入文件中指定原子的初始速度。
LAMMPS可以根据指定的速度计算出相应的力。
这些力可以通过多个步骤计算得到，如计算相邻原子之间的相互作用和应用外部力场。
当原子受到作用力时，LAMMPS将根据模拟系统的物理特性来计算其运动轨迹。
除了施加力之外，LAMMPS还可以计算出原子受到的压力。
压力是一个描述系统平衡状态的重要参数。
通过计算原子受到的力和压力，LAMMPS可以帮助我们理解原子间的相互作用和系统的力学行为。
在实际使用中，施加力是模拟系统的重要方法之一。
通过控制施加的力，我们可以研究不同条件下的原子运动和相互作用。
这对于研究复杂的材料行为和物理现象非常有帮助。
总结起来，LAMMPS是一种常用的分子动力学模拟软件，可以通过施加力来模拟和控制原子之间的相互作用。
这些施加的力对于模拟系统的动力学行为和物理特性具有重要影响。
通过使用LAMMPS，我们可以研究原子间的相互作用和了解系统的力学行为。
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
lammps分子动力学 能量 平衡
lammps分子动力学能量平衡
摘要：
MMPS 分子动力学简介
MMPS 的应用范围
MMPS 能能量平衡计算
MMPS 与其他软件的结合使用
MMPS 的培训与学习资源
正文：
LAMMPS 分子动力学是一种经典的分子动力学软件，免费开源，广泛应用于模拟液态、固态或气态的粒子的系综。
它采用不同的力场和边界条件来模拟全原子，聚合物，生物，固态（金属、陶瓷，氧化物），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。
LAMMPS 的应用范围非常广泛，它可以用于研究材料的力学性能、热力学性质、分子动力学过程等。
此外，LAMMPS 还可以进行能量平衡计算，为研究体系的稳定性和反应途径提供重要依据。
在实际应用中，LAMMPS 可以与其他软件（如Gaussian 量子化学软件）结合使用，以提高计算的准确性和可靠性。
通过与这些软件的结合，LAMMPS 能够更好地模拟化学反应过程，并预测材料的性质。
对于有兴趣学习和使用LAMMPS 的用户，可以通过参加培训课程或查阅相关学习资源来提高自己的技能。
一些专业的培训机构会定期举办LAMMPS 分子动力学计算、Gaussian 量子化学计算、REAXFF 反应力场开发等系列专
题培训，为广大用户提供学习机会。
总之，LAMMPS 分子动力学软件在材料科学、化学反应等领域具有广泛的应用前景。
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。
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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
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 响应和模拟域的空间分解并行机制。
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
如何利用好ammps手册？
求人不如求己
准备一份纸版，一份电子版放置在桌面。
- 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
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
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
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。
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
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。
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： Steve Plimpton, Aidan Thompson, and Paul Crozier 网上邮件组可以解决和及时交流
Lammps常见命令
unit
选择单位系统，L-J、real、metal
dimension
2D or 3D? 默认是3D
newton
processors
boundary
边界条件：周期性边界or自由边界？
atom style 定义你的模拟体系中的原子属性
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
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
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。