lammps实例
lammps实例教程
P roject #3 on Molecular Dynamics Simulations
FCC 金属中的面缺陷
FCC 晶体中，密排面为{111}，它既是滑移面也是共格孪晶面。
孪晶关于这个面成镜面对称。
{111} 的另一种面缺陷是层错。
层错有两种，本征(intrinsic) 和非本征(extrinsic) 。
抽出一层原子形成本征层错，插入一层原子形成非本征层错。
需要注意的是，低能量层错都可以由该面上
的剪切(shearing) 操作得到，比如本征层错就是将某层原子上方所有的原子整体移动
1
<>
112.
6
层错是密排面上的原子错排，层错能(SFE) 是材料的本征属性，可度量晶面滑移发生的难易。
接下来我们将运用LAMMPS 计算FCC 金属Cu 和Al 的层错能和孪晶形成能。
层错和孪晶的构型由其他代码生成，LAMMPS 通过read_data 命令读取构型，进行计算。
例如，计算Cu 中层错的输入文件in.isfCu 如下：
(a) (b)
(c) (d)
图1 (a) Cu 中的 ISF 层错; (b) Al 中的 ISF 层错；(c) Cu 中的孪晶； (d) Al 中的孪晶
层错能和孪晶形成能可由下式计算得到：
0()/E E A γ
=
−
其中，E 为引入层错或孪晶后的体系的能量，E 0 为完整晶体体系的能量，A 为层错面或孪晶面的面积。
如下是 EAM 模型计算所得的 Cu 和 Al 的层错能和孪晶形成能：
Table 1 Fault energies calculated with LAMMPS。
Lammps 石墨烯实例
一、简介1.SiC热分解制备石墨烯自2004年Novoselov、Geim和合作者们从石墨上剥离出世界上第一种二维材料——单层石墨：石墨烯（Graphene）以来，石墨烯就受到了科技界的广泛重视[1]。
Novoselov 和Geim两人因此在2010年获得了诺贝尔物理学奖。
因为石墨烯的独特特性，在许多技术领域例如光电子学上它都被寄予厚望。
研究石墨烯这种材料相关的物理化学特性和发展大面积、高质量生长石墨烯的技术，同时将其与器件物理学联系起来是我们研究和应用石墨烯的必由途径。
石墨烯是由碳元素组成的二维六边形材料，其在光学、电学、热学、力学等性质十分优异。
它有可能在后摩尔定律时代成为硅（Silicon）的继任者，在单分子气体传感器[2]、自旋电子学[3]、量子计算[4]、太赫兹振荡器[5]等等领域发挥重要作用。
如今，从石墨上剥离出石墨烯仍然是一种重要的石墨烯制备方方法。
然而，这种方法产生的石墨烯大小通常不超过1000 μm2，只适合实验室研究，尚不能在工业上大规模应用。
科学家发展了其他的石墨烯制备方法，包括将石墨烯视作一种薄膜来生长的化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）法、热分解碳化硅法（SiC thermal decomposition）、氧化石墨烯还原法（Graphene oxide reduction）等。
CVD法通过使含碳气源在有催化作用的金属表面分解或者使溶入到这些有催化作用的金属中的碳（C）发生表面偏析，使得在金属表面生成石墨烯或者多层石墨烯（Few-Layer Graphene, FLG）。
能否直接在半导体/绝缘体上生长石墨烯呢？碳化硅热分解成功的解决了这一问题。
最早试图使六方晶系的SiC晶体石墨化的研究报告见于1961年，Badami在高温和真空环境下得到了发生了一定石墨化的SiC[6]。
在一定的退火条件下，SiC晶体表面发生热分解，Si原子发生解吸附，而C原子留下来重新排列和组合可以生长成外延型的石墨烯层[7]。
lammps案例
lammps案例LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款开源的分子动力学模拟软件，它可以模拟原子和分子的运动行为，广泛应用于材料科学、生物物理学、地质学等领域。
本文将介绍LAMMPS的一些案例，展示其在不同领域的应用。
首先，我们来看一个材料科学领域的案例。
研究人员使用LAMMPS模拟了一种新型材料的力学性能。
他们首先建立了材料的原子模型，并设置了相应的力场参数。
然后，他们对材料进行了拉伸和压缩等不同形式的力学加载，观察材料的应力-应变曲线，并计算了杨氏模量、屈服强度等力学性能参数。
通过LAMMPS的模拟，研究人员可以快速、准确地了解材料的力学性能，为材料设计和工程应用提供重要参考。
其次，LAMMPS在生物物理学领域也有着广泛的应用。
科研人员利用LAMMPS模拟了蛋白质在水溶液中的结构和动力学行为。
他们通过建立蛋白质的原子模型，并采用相应的力场参数，模拟了蛋白质在水溶液中的折叠、解折叠等结构变化过程，以及蛋白质与其他分子的相互作用。
通过LAMMPS的模拟，科研人员可以深入理解蛋白质的结构和功能，为药物设计和疾病治疗提供重要依据。
最后，让我们来看一个地质学领域的案例。
研究人员利用LAMMPS模拟了岩石的变形和破裂过程。
他们建立了岩石的原子模型，并模拟了岩石在地质应力作用下的变形和断裂过程。
通过LAMMPS的模拟，研究人员可以观察岩石内部的应力分布、裂纹扩展等现象，深入理解岩石的力学行为和断裂机制，为地质灾害预测和防治提供重要支持。
综上所述，LAMMPS作为一款强大的分子动力学模拟软件，在材料科学、生物物理学、地质学等领域都有着广泛的应用。
通过LAMMPS的模拟，科研人员可以深入理解材料的力学性能、蛋白质的结构和功能、岩石的力学行为等重要问题，为相关领域的研究和应用提供重要支持。
希望本文介绍的LAMMPS案例能够对您有所启发，也欢迎您在实际应用中进一步探索LAMMPS的潜力和价值。
lammps 粘度计算案例
lammps 粘度计算案例本文将介绍lammps粘度计算的案例。
lammps是一种用于大规模原子分子材料模拟的分子动力学软件包。
通过使用lammps，可以对不同物质的粘度进行计算，以便更好地理解物质的流动性质。
在lammps中，粘度的计算可以使用Green-Kubo方法实现。
该方法基于液体的自相关函数，通过积分计算导致液体粘度的传播。
以下是一个关于使用lammps计算液体粘度的案例。
首先，我们需要准备一个lammps的输入文件。
假设我们要研究的是液体水的粘度。
我们可以创建一个包含液体水分子的输入文件，设置相应的参数和计算步骤。
以下是输入文件的示例：```# Lammps input script for viscosity calculationunits realdimension 3boundary p p patom_style fullread_data water.data# Potential settingspair_style lj/cut/coul/long 10.0 10.0pair_coeff 1 1 0.1553 3.166bond_style harmonicbond_coeff 1 0.9572 0.1535# Run settingstimestep 1.0thermo_style custom step temp pe ke etotal press vol lx ly lzthermo 1000run 10000# Compute viscosity using Green-Kubo methodcompute msd all msdvariable mu equal 0.5 * v_msd[4] / (6 * 10000 * 1.0e-6)print "Viscosity: ${mu}"```上述输入文件首先设置了lammps的计算单位和边界条件。
lammps实例(4)
Project #2金属中的点缺陷：空位和间隙原子一、空位从晶体中移去一个原子，即可形成空位。
本例将运用 LAMMPS 计算空位形成能, E v. LAMMPS 输入文件为in.vacancy1) 在 fcc 结构的完整Cu晶体中引入一个空位沿<100>方向构造一个 4 ×N×N×N 的晶体。
N为input 文件中lattice命令指定的个方向上的晶胞重复单元数。
2) 弛豫当一个原子从晶体中移走之后，周围的原子将相应地调整位置以降低体系势能。
为得到稳定的构型，需要对体系进行弛豫，relaxation. LAMMPS提供两种能量最小化方式，cg 和 sd。
本例中选用 sd 方式进行能量最小化。
如下是输入文件，in.vacancy:3) 运行lammps4) 计算空位形成能空位浓度由下式给出：[n ] = exp( − F v / k B T ).其中 F v = E v − TS v 为形成一个空位所需要的Helmholtz 自由能.忽略熵S v , 空位浓度公式简化为[n ] = exp( −E v / k B T ).设 E 1 为完整晶体能量，含N 个原子；E 2 为弛豫后的晶体能量，含N – 1个原子。
空位形成能 E v 为：211v N E E E N -≡-或 ()21v coh E E N E ≡--,其中 E coh = E 1 / N , 为完整晶体的内聚能。
本例中以EAM 模型计算4×(20×20×20)=32000个原子的体系，得到空位形成能E v ~1.26 eV ，文献中的实验值为~1.28 eV ，符合较好。
另由上式计算得到，300K 温度下的空位浓度为~ 7.59×10-22 ，1350 K (T m ) 时的空位浓度~ 2.2×10-5（文献中的实验值为~2×10-4 ）。
lammps拉伸案例
lammps拉伸案例
LAMMPS 是一个用于模拟分子动力学的开源软件。
以下是使用 LAMMPS
进行单晶铁拉伸模拟的一个基本案例：
1. 设置基本参数：定义模拟的单位，比如使用金属的单位系统。
同时设定模拟的维度为三维。
2. 建立模型：创建单晶铁的分子模型，模型的尺寸可以是nm × nm × nm，边界条件设置为ppp周期性边界。
3. 设置势函数：选择合适的势函数，例如 EAM（嵌入原子方法）势函数。
4. 能量最小化：进行能量最小化，获得结构合理的单晶铁组织。
5. 温度初始化：设定模拟开始时的温度为300K。
6. 设置计算参数：例如设定时间步长，选择适当的邻居搜索方法和范围等。
7. 结构驰豫：在npt系综下进行弛豫，时间为30ps。
8. 拉伸模拟：对模型进行拉伸，模拟单晶铁在拉伸过程中的行为。
以上步骤是一个基本的模拟流程，具体的参数和设置可能会根据模拟的具体需求和目标有所不同。
在进行模拟时，应充分考虑实际情况，并进行适当的调整。
lammps切削案例
lammps切削案例LAMMPS（大型原子/分子模拟程序）是一款开源的分子动力学模拟软件，用于模拟原子和分子系统的行为。
它广泛应用于研究材料科学、生物物理学、化学、凝聚态物理学等领域。
在材料科学领域，LAMMPS被广泛用于研究切削过程。
切削是一种常见的制造加工过程，用于将材料从工件上去除，通常通过在材料表面施加剪切力来实现。
在切削过程中，材料受到高应力和高温的作用，会产生各种力学和热学效应，如塑性变形、热膨胀、摩擦和磨损等。
通过使用LAMMPS模拟切削过程，研究者可以更好地理解切削中材料的行为及其与切削参数的关系。
下面以钨为例，介绍如何使用LAMMPS模拟钨的切削过程。
需要定义钨的原子模型。
钨的晶体结构属于体心立方（BCC），因此可以使用合适的原子间相互作用势函数来模拟钨的行为。
例如，可以使用EAM（Embedded Atom Method）势函数，它可以描述原子间的相互作用和电子-原子之间的相互作用。
然后，在模拟中需要定义切削力和切削速度等参数。
切削力可以通过施加一个与刀具相互作用的力来实现，切削速度可以通过改变原子的运动速度来实现。
还需要设置切削的方向和切削深度等参数。
接下来，使用LAMMPS进行切削模拟。
在模拟过程中，可以通过输出各种物理量，如原子的位移、速度和能量等，来分析材料的行为。
例如，可以研究材料的应力分布、塑性变形的产生和表面的磨损等。
通过分析模拟结果，可以得到切削过程中材料的行为规律和切削参数对材料性能的影响。
例如，可以研究切削速度对材料塑性变形的影响、切削力对材料表面损伤的影响等。
LAMMPS是一个强大的分子动力学模拟软件，可以用于模拟和研究各种材料的切削过程。
通过合理设置参数并进行模拟分析，可以从原子尺度上深入理解切削过程中材料的行为规律，为实际切削操作和材料设计提供科学依据。
lammps 粘度计算案例
LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款大规模原子/分子并行模拟器，常用于模拟分子动力学系统。
在LAMMPS中，可以通过多种方法计算系统的粘度，其中一种常用的方法是基于MP（Molecular Power）方法。
以下是一个使用LAMMPS计算粘度的案例：
1. **建模与设置**：首先，建立一个模拟系统。
这可能涉及到设置不同的材料、边界条件、温度和压力等。
2. **初始化**：确保所有的粒子都处于正确的初始位置和速度。
3. **运行模拟**：进行一段时间的分子动力学模拟，使系统达到平衡状态。
4. **应用MP方法**：在模拟过程中，通过引入速度梯度来模拟剪切流。
系统被分为两个区域：高速区和低速区。
在这两个区域之间交换粒子的动量，可以计算系统的粘度。
5. **后处理**：分析模拟结果，提取所需的数据，如粒子速度、应力等。
利用这些数据，可以进一步计算系统的粘度。
6. **结果分析**：根据计算出的粘度值，可以对系统的流变性质进行评估和分析。
以上是一个简化的流程，实际的模拟过程可能会更复杂，涉及
到更多的参数和细节。
为了获得准确的结果，需要仔细调整模拟参数，并确保正确地应用了MP方法。
请注意，由于LAMMPS是一个复杂的软件包，对于初学者来说可能需要一些时间来熟悉其使用方法和功能。
在进行模拟之前，建议先熟悉相关的理论和方法，并参考LAMMPS的官方文档和教程。
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熔化与凝固：氩，铜，铝
铜和铝的熔化转变:
对于铜和铝，LAMMPS 建立 8×8×5 的 FCC 晶格体系;充分弛豫后利用 Nose-Hover 方法，保 持压强为零，使体系从 T=2.5K 开始加热，直至发生熔化转变。 下面是铜熔化的输入文件： # LAMMPS Melt_Cu or Al units boundary atom_style variable lattice #lattice region create_box create_atoms timestep thermo pair_style pair_coeff #pair_style #pair_coeff neighbor neigh_modify #velocity fix #compute metal ppp atomic x equal 2.5 fcc 3.61 fcc 4.05 box block 0 8 0 8 0 5 1 box 1 box 0.01 1000
如下图所示，在分子动力学模拟下，氩在 T=0.44 附近发生一级相变，单位原子体积突然下 降：相对与其平衡凝固温度 Tm=0.44，约有 30%左右的过冷。
特定温度下的性质:
利用 LAMMPS 建立 8×8×8 的 FCC 格子，分别在 T=0.1，0.4，0.6，0.8 下保持零外压弛豫， 得到在不同温度下原子运动的情况, 以及不同径向分布函数和速度自相关函数。 下面是 LAMMPS 的输入文件 in.melt_Ar_temp
氩的熔化转变:
对于氩，LAMMPS 建立 8×8×5 的 FCC 晶格体系;充分弛豫后利用 Nose-Hover 方法，保持压 强为零，使体系从 T=0.01 开始加热，直至发生熔化转变。 如下是输入文件 in.melt_Ar
# 2d Lennard-Jones melt units atom_style boundary #processors lattice region create_box create_atoms mass velocity timestep dump lj atomic ppp 221 fcc 1.073 box block 0 8 0 8 0 5 1 box 1 box 1 1.0 all create 0.01 872877 0.01 1 all xyz 1000 melt.xyz
# 2d Lennard-Jones melt_temp units lj atom_style atomic boundary ppp variable x index 0.80 0.60 0.40 0.10 lattice region create_box create_atoms mass fcc 0.888 box block 0 8 0 8 0 8 1 box 1 box 1 1.0
atomic ppp fcc 0.851 box block 0 8 0 8 0 5 1 box 1 box 1 1.0
velocity all create 0.85 872877 timestep 0.01 pair_style lj/cut 2.5 pair_coeff 1 1 1.0 1.0 2.5 neighbor 0.3 bin neigh_modify every 10 delay 0 check yes
#运行 1200000 步
对于铜，其熔点为 1357.77K，但在我们的模拟中其在 1609K 附近发生一级相变，比其平 衡时熔点增大了 18.7%。
对于铝，其熔点为 934.477K, 在我们的模拟中，其在 1110.0K 附近发生一级相变，单位体 积发生突变。其相对于平衡熔点增大了了 18.9%。
在 Tm=0.775 左右发生一级相变， 原子单位体积发生跃变； 而氩的平衡熔化温度约为 Tm=0.66， 故其在分子动力学方法模拟下过热约 20%。
氩的凝固转变：
对于氩，LAMMPS 建立 8×8×5 的 FCC 晶格体系;充分弛豫后利用 Nose-Hover 方法，保持压 强为零，使体系从 T=0.85 开始降温，发生凝固转变，直至温度降至 0 附近。 其下为输入文件 in.quench # 2d Lennard-Jones quench units lj atom_style boundary lattice region create_box create_atoms mass
原子在不同温度下的运动
T=10K
T=500K
T=1000K
T=2000K
均方根位移:
模拟体系中的均方根位移可以通过如下公式求得：
是指相应量的统计平均值
均方根位移的量与原子的扩散系数存在对应的关系。 当体系是固态时， 即体系温度处于熔点 之下时，均方根位移存在上限值；而当体系处于液态时，均方根位移呈线性关系，而且其斜 率与原子的扩散系数存在如下关系：
# 单位，指定为 lammps 里的金属类的单位，长度为 Å，能量为 eV。 # 周期性边界条件 # 原子模式 # 定义变量 x 为初始温度 # Cu 的晶格常数 3.61
# x,y,z 各方向上的晶胞重复单元数，也即区域大小 # 将上述区域指定为模拟的盒子 # 将原子按晶格填满盒子 # 步长 0.005fs
thermo fix run 50000 unfix 1 dump 1 all xyz
1000 1 all npt 0.85 0.85 2.0 xyz 0.0 0.0 1.00
1000
quench.xyz
fix 1 all npt 0.85 0.01 2.0 xyz 0.0 0.0 1.00 run 1000000
#保持初始温度，在 NVT 下弛豫
#compute #compute #dump run unfix fix #fix run
4 all ke/atom 5 all coord/atom 3.0 1 all custom 1 dump.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5 10000 # 运行 10000 步 1 1 all npt $x 2000 4.00 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2 #在 NPT 下加热至 2000K 1 all npt $x 1500 4.00 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2 1200000
50000 1 1 all nvt $x $x 2.0 drag 0.2 1 all custom 50 dump_$x.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5 100 2 all msd 1 msd_Cu_$x.dat 1000 x in.melt_Cu_temp
#输出 msd 文件
#每隔 1000 步输出热力学结果
# 选取 Cu 的 EAM 势作为模型 eam/alloy * * jin_copper_lammps.setfl Cu # EAM 势文件名称 eam/fs * * Al_FM.eam.fs Al
0.5 bin every 5 delay 0 check yes all create $x 825577 dist gaussian 1 all nvt $x $x 1.0 drag 0.2 3 all pe/atom
pair_style lj/cut 2.5 pair_coeff 1 1 1.0 1.0 2.5 neighbor 0.3 bin neigh_modify every 10 delay 0 check yes thermo fix run unfix thermo fix run 1000 1 all npt 0.01 0.01 1.00 xyz 0.0 0.0 1.0 drag 0.2 50000 1 1000 1 all npt 0.01 0.85 2.0 xyz 0.0 0.0 1.0 drag 0.2 1000000
在 2 维体系中上式的 6 应该被 4 所取代。 下图为 T=2000K，即体系处于液态时的均方根位移图。
氩的熔化与凝固：
LAMMPS 中对氩取 LJ 约化单位，其与国际单位制的转换如下:
• mass = mass or m • distance = sigma, where x* = x / sigma • time = tau, where tau = t* = t (Kb T / m / sigma^2)^1/2 • energy = epsilon, where E* = E / epsilon • velocity = sigma/tau, where v* = v tau / sigma • force = epsilon/sigma, where f* = f sigma / epsilon • temperature = reduced LJ temperature, where T* = T Kb / epsilon • pressure = reduced LJ pressure, where P* = P sigma^3 / epsilon for argon: mass= 6.6362126e-26(kg) sigma=3.405e-10(m); epsilon=1.6545e-21(J); Kb=8.314/(6.02e23); tau=2.156472211e-12(s) reduced LJ temperature=119.799(K) reduced LJ velocity=157.8967679(m/s) reduced LJ pressure=41909784.02(Pa)
#初始化速度，按高斯分布
1 all npt $x $x 2.0 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2 3 all pe/atom 4 all ke/atom 5 allhermo fix run clear next jump
从铜和铝的熔化过热，以及后面所涉及的氩的熔化过热与凝固过冷，我们可以看出，在利 用分子动力学方法模拟熔化与凝固时往往会发生过热与过冷，其值基本在 10%-30%之间。 产生过热与过冷的因素基本上可以从热力学与动力学的方面阐述，例如均匀形核而导致。