lammps实例(5)
lammps metal单位下焓值单位
lammps metal单位下焓值单位LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款广泛应用于材料科学、化学和生物领域的大型原子/分子并行模拟软件。
LAMMPS金属单位下焓值是指在金属体系中，单位体积内金属原子间的相互作用能量。
本文将介绍LAMMPS金属单位下焓值的计算方法及其在实际应用中的意义。
金属单位下焓值的意义在于，它能够反映金属原子间相互作用的强度，对金属的力学性能、稳定性及相图研究具有重要意义。
金属原子间的相互作用能量主要包括：原子间电子云的排斥作用、原子核与核外电子的库仑作用、原子间的交换关联作用等。
在LAMMPS中，通过计算这些相互作用能量，可以得到金属单位下焓值。
LAMMPS金属单位下焓值的计算方法如下：1.首先，根据金属原子的电子结构、原子半径等参数，构建金属体系的初始模型。
2.其次，利用密度泛函理论（DFT）或其他相关方法，计算金属原子间相互作用能量。
3.最后，将计算得到的相互作用能量除以金属体积，得到单位下焓值。
在实际应用中，LAMMPS金属单位下焓值的计算结果可以用于分析金属体系的稳定性、预测相图、优化合金设计等。
以下是一个应用实例：假设我们研究一种新型金属合金，通过LAMMPS模拟计算得到了不同成分下的金属单位下焓值。
通过对比分析，我们发现某种成分的合金具有最低的单位下焓值，这意味着该合金具有较强的稳定性。
此外，我们还可以根据单位下焓值的变化趋势，预测合金在高温高压条件下的相变行为。
这对合金的制备与性能优化具有重要的指导意义。
总之，LAMMPS金属单位下焓值的计算在材料科学研究中具有重要意义。
通过对金属体系进行深入研究，我们可以为金属材料的性能优化和应用提供理论依据。
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。
MD原理与Lammps实例
开源，可下载源程序或二进制文件
Laboratory of Space Materials Science and Technology
发表论文实例：
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功能和优点：
可以串行或并行计算 开源，高移植性C++语言编写 可以方便的扩展，增加新功能 自定义变量和方程 一个输入脚本实现一个或多个模拟任务
j i
对势项
多体项
[1] J. Li, et al, Physics Reports, 2008, 455:1-134
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Lennard-Jones势:
12 6 u (r ) 4 r r
Run FS.m using Matlab/Scilab/FreeMat/Octave …
两个孤立 Ni-Ni 原子的 FS 势
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MEAM[1]
总能量
嵌入能
电荷密度
[1] M. I. Baskes, Physical Review B, 1992, 46:2727-2742
Laboratory of Space Materials Science and Technology
分子动力学模拟与 LAMMPS 软件的使用
李留辉
2016.05
Laboratory of Space Materials Science and Technology
lammps 原子组总体积
lammps 原子组总体积1. 引言lammps是一个经典的分子动力学模拟软件，广泛应用于材料科学、物理化学等领域。
在进行分子动力学模拟时，了解原子组的总体积是非常重要的，它可以帮助我们理解物质的结构和性质。
本文将介绍如何使用lammps计算原子组的总体积，并提供一些实例和注意事项。
2. lammps计算原子组总体积的方法在lammps中，可以使用compute命令来计算原子组的总体积。
具体步骤如下：1.导入原子组数据：首先，需要将原子组的数据导入lammps中。
可以使用read_data命令从文件中读取数据，或者使用create_atoms命令手动创建原子。
2.定义计算体积的方法：接下来，需要定义计算原子组体积的方法。
lammps提供了多种计算体积的方式，比如使用compute命令计算盒子体积或使用compute命令计算原子体积。
3.计算总体积：使用compute命令计算原子组的总体积。
可以将计算结果保存到一个变量中，以便后续使用。
4.输出结果：最后，使用print命令输出计算得到的原子组总体积。
下面是一个示例lammps输入脚本，演示了如何计算原子组总体积：# 导入原子组数据read_data data.file# 定义计算体积的方法variable box_volume equal vol# 计算总体积compute total_volume all reduce sum v_box_volume# 输出结果print "Total volume: ${total_volume}"在上述示例中，read_data命令用于导入原子组数据，variable命令定义了计算体积的方法，compute命令计算了原子组的总体积，print命令输出了计算结果。
3. lammps计算原子组总体积的实例下面通过两个实例演示如何使用lammps计算原子组的总体积。
实例1：计算晶体的总体积假设我们有一个金属晶体的原子组数据文件crystal.data，该晶体是一个简单立方体结构。
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。
MD原理与Lammps实例
对势：Lennard-Jones、Morse
EAM、Finnis-Sinclair, Extended FS
SMA-TB、Smoothed SMA-TB
多体势[1]
Johnson、Mishin、Zhou ……
MEAM / 2NN-MEAM 考虑角度效应 Stillinger-Weber、Tersoff
原子结构的可视化：Ovito 或 VMD
Ovito软件界面
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Cu 的原子构型：(左) t = 0；(右) t = 16 ps
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脚
注释
本
输出文件
文
单位
件
边界条件
创建FCC晶格
填充原子
势函数
时间步长 输出间隔 邻域更新
变量定义
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1. 分子动力学模拟基础
MD：根据描述原子间相互作用的势函数， 求解经典牛顿运动方程，得到系统确定的运动轨迹
U U(r)
Fi
U (r) r
miai
原子间作用势
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lammps的in文件案例
lammps的in文件案例（原创版）目录MMPS 简介MMPS 的 IN 文件MMPS IN 文件案例分析MMPS IN 文件的编写规则5.总结正文一、LAMMPS 简介LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款在大规模并行计算机上模拟原子/分子系统的开源软件。
它被广泛应用于材料科学、生物物理、化学等领域，为用户提供了一个高效、灵活的研究平台。
二、LAMMPS 的 IN 文件在 LAMMPS 中，IN 文件是用于描述模拟系统的输入文件。
它包含了模拟过程中所需的所有信息，如原子/分子的类型、数目、位置和相互作用力等。
通过编写 IN 文件，用户可以自定义模拟的参数，从而实现对系统的精确控制。
三、LAMMPS IN 文件案例分析下面是一个简单的 LAMMPS IN 文件案例：```# LAMMPS input file# Simulation parameterstimestep = 1000000 # Time step (in picoseconds)temperature = 300.0 # Temperature in Kelvin# Atomic dataspecies atomic_number = 1species name = Lispecies mass = 6.941species atomic_number = 2species name = Clspecies mass = 35.453# Molecular datamolecule name = LiClmolecule num_atoms = 2# Position dataxyz10.0 0.0 0.011.0 0.0 0.0```该案例描述了一个简单的锂氯化合物（LiCl）模拟系统。
首先，我们定义了模拟的时间步长（timestep）和温度（temperature）。
lammps 扩散系数
lammps扩散系数概述扩散是物质在空间中的自由移动过程，它在自然界和工程应用中起着重要的作用。
为了研究扩散现象，科学家们提出了各种数学模型和实验方法。
在计算科学中，使用分子动力学模拟是一种常见的方法来研究扩散系数。
LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一种基于分子动力学模拟的开源软件，它能够模拟原子和分子在材料中的运动。
本文将探讨如何使用LAMMPS计算扩散系数。
LAMMPS简介LAMMPS是一种高性能的分子动力学软件，可以用于模拟原子、分子和大分子的动力学行为。
它支持多种势函数和算法，并能够进行并行计算，适用于从纳米尺度到宏观尺度的研究。
LAMMPS的输入文件是通过脚本语言来定义模拟的参数和条件。
扩散系数的计算方法扩散系数描述了物质在单位时间内通过单位面积的扩散量。
在分子动力学模拟中，可以使用Einstein关系来计算扩散系数。
Einstein关系可以用来将扩散系数与物质的平均方均位移（MSD）相关联：D=⟨r2⟩6t其中，D表示扩散系数，⟨r2⟩表示物质的平均方均位移，t表示时间。
LAMMPS计算扩散系数的步骤步骤一：创建输入文件首先，需要创建一个LAMMPS的输入文件。
输入文件可以使用文本编辑器创建，后缀名为.in。
在输入文件中，需要定义原子类型、势函数、初始位置和速度等参数。
步骤二：定义分子动力学模拟参数在输入文件中，需要定义分子动力学模拟的参数。
这些参数包括模拟的时间步长、模拟的时间长度、温度等。
步骤三：运行分子动力学模拟在命令行中运行LAMMPS软件，并指定输入文件。
步骤四：分析模拟结果使用LAMMPS的后处理工具分析模拟结果。
这些工具可以计算平均方均位移等参数。
步骤五：计算扩散系数使用Einstein关系，将平均方均位移与时间相关联，计算扩散系数。
实例演示以下是一个使用LAMMPS计算扩散系数的示例：1.创建一个输入文件diffusion.in，定义模拟的系统和参数。
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Project #5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 Alunits metal # 单位，指定为lammps里的金属类的单位，长度为Å，能量为eV。
boundary p p p # 周期性边界条件atom_style atomic # 原子模式variable x equal 2.5 # 定义变量 x为初始温度lattice fcc 3.61 # Cu 的晶格常数3.61#lattice fcc 4.05region box block 0 8 0 8 0 5 # x,y,z各方向上的晶胞重复单元数，也即区域大小create_box 1 box # 将上述区域指定为模拟的盒子create_atoms 1 box # 将原子按晶格填满盒子timestep 0.01 # 步长 0.005fsthermo 1000 #每隔1000步输出热力学结果pair_style eam/alloy # 选取 Cu 的EAM势作为模型pair_coeff * * jin_copper_lammps.setfl Cu # EAM 势文件名称#pair_style eam/fs#pair_coeff * * Al_FM.eam.fs Alneighbor 0.5 binneigh_modify every 5 delay 0 check yes#velocity all create $x 825577 dist gaussianfix 1 all nvt $x $x 1.0 drag 0.2 #保持初始温度，在NVT下弛豫#compute 3 all pe/atom#compute 4 all ke/atom#compute 5 all coord/atom 3.0#dump 1 all custom 1 dump.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5run 10000 # 运行10000步unfix 1fix 1 all npt $x 2000 4.00 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2 #在NPT下加热至2000K#fix 1 all npt $x 1500 4.00 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2run 1200000 #运行1200000步对于铜，其熔点为1357.77K，但在我们的模拟中其在1609K附近发生一级相变，比其平衡时熔点增大了18.7%。
对于铝，其熔点为934.477K, 在我们的模拟中，其在1110.0K附近发生一级相变，单位体积发生突变。
其相对于平衡熔点增大了了18.9%。
从铜和铝的熔化过热，以及后面所涉及的氩的熔化过热与凝固过冷，我们可以看出，在利用分子动力学方法模拟熔化与凝固时往往会发生过热与过冷，其值基本在10%-30%之间。
产生过热与过冷的因素基本上可以从热力学与动力学的方面阐述，例如均匀形核而导致。
铜在特定温度下的性质:利用LAMMPS建立8×8×8的FCC格子，分别在10K，500K，1000K， 1800K和2000K下保持零外压弛豫，得到在不同温度下原子运动的情况，以及不同情况下的均方根位移。
下面是LAMMPS的输入文件in.melt_Cu_temp# LAMMPS Melt_Cu_tempunits metalboundary p p patom_style atomicvariable x index 10 500 1000 1800 2000print "-------------------------------Temperature=$x K---------"lattice fcc 3.62region box block 0 8 0 8 0 8create_box 1 boxcreate_atoms 1 boxtimestep 0.01thermo 1000pair_style eam/alloypair_coeff * * jin_copper_lammps.setfl Cuneighbor 0.6 binneigh_modify every 5 delay 0 check yesvelocity all create $x 825577 dist gaussian #初始化速度，按高斯分布fix 1 all npt $x $x 2.0 xyz 0.0 0.0 6.0 drag 0.2compute 3 all pe/atomcompute 4 all ke/atomcompute 5 all coord/atom 3.0run 50000unfix 1fix 1 all nvt $x $x 2.0 drag 0.2dump 1 all custom 50 dump_$x.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5thermo 100fix 2 all msd 1 msd_Cu_$x.dat #输出msd文件run 1000clearnext xjump in.melt_Cu_temp原子在不同温度下的运动T=10K T=500KT=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：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 / epsilonfor 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)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 meltunits ljatom_style atomicboundary p p p#processors 2 2 11.073lattice fccregion box block 0 8 0 8 0 5boxcreate_box 1create_atoms 1 box1.0mass 1velocity all create 0.01 872877timestep 0.01dump 1 all xyz 1000 melt.xyzpair_style l j/cut 2.5pair_coeff 1 1 1.0 1.0 2.5neighbor 0.3 binneigh_modify every 10 delay 0 check yesthermo 1000fix 1 all npt 0.01 0.01 1.00 xyz 0.0 0.0 1.0 drag 0.2run 50000unfix 1thermo 1000fix 1 all npt 0.01 0.85 2.0 xyz 0.0 0.0 1.0 drag 0.2run 1000000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 quenchunits ljatom_style atomicboundary p p p0.851lattice fccregion box block 0 8 0 8 0 5boxcreate_box 1create_atoms 1 box1.0mass 1velocity all create 0.85 872877timestep 0.01pair_style l j/cut 2.5pair_coeff 1 1 1.0 1.0 2.5neighbor 0.3 binneigh_modify every 10 delay 0 check yesthermo 1000fix 1 all npt 0.85 0.85 2.0 xyz 0.0 0.0 1.00run 50000unfix 1dump 1 all xyz 1000 quench.xyzfix 1 all npt 0.85 0.01 2.0 xyz 0.0 0.0 1.00run 1000000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。