LAMMPS手册中文讲解

1、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。LAMM

2、PS 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” gh

3、ost”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

4、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-Webe

5、r,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：harmon

6、ic, 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, an gle, dihedral, improper pote ntia

7、 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, rep）licate 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Berendser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（unbr

8、ella）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, restar）t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

9、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。特别功能：实时的可视化与交互式 MD 模拟与有限元方法结合进行原子 -连续体模拟在 POEMS 库中提供了刚体积分工具并行裉火并行复制动力学 对低密度液体直接使用 MC 模拟Perid yn amic介 观建模目标型与无目标型分子动力学双温度电子模型LAMMPS 不具备的功能：由于 LAMMPS 是对牛顿运动方程积分的工具， 所以很多必要的数据前处理与后处理 功能是 LAMMPS 核心不具备的。 其原因为 ：保证 LAMMPS 的小巧性前处理与后处理不能进行并行运算

10、这些功能可以有其它工具来完成原代码开发的局限性特别地， LAMMPS 不能：通过图形用户界面来工作创建分子体系自动的加上力场系数为 MD 模拟提供智能化的数据分析MD 的可视化为输出数据作图我们需要为 LAMMPS 输入一系列的原子类型， 原子坐标，分子拓朴信息和所有原子 与键的力场参数。 LAMMPS 不会自动的为我们创建分子体系与力场参数对与原子体系，LAMMPS提供了 creat-atoms命令来为固态晶格加上原子。可以能过 pair coeff,bo nd coeff, an gle coef等命来加上小数目的力场参数。 对于分子体系或更复杂的 模拟体系，我们通常会用其它工具来创建或者

11、是转换 LAMMPS 输出文件来做到这些事 情。有的还会写一些自已的代码来完成这项任务。对于一个复杂的分子体系 （如，蛋白质），我们需要为之提供上面个拓朴信息与力场 参数。所以我们建议用 CHARMM 或 AMBER 或其它的分子建模器来完成这些任务，并 把之输到一个文件中去。然后，改变其格式以达到 LAMMPS 所允许的输入格式。同样， LAMMPS 的输出文件是一种简单的文本格式，我们也可以通过其它的工具来 换专这些格式。我们可以用以下几个软件来完成高质量的 可视工作：VMDAtomEyePymolRaster3dRasMol 最后要说一下的是，以下这些也是自由分子动力学包，它们大多数是并

12、行的，可能 也适合来完成你的研究工作，当然也可以与 LAMMPS 联合起来使用以完成模拟工作。CHARMMAMBERNAMDNWCHEMDL_POLYTinkerCHARMM , AMBER, NAMD , NWCHEM , Tinker是专们用于模拟生物分子的。二、开始本部分主要描述如何创建和运行 LAMMPS 。1 在 LAMMPS 发行包理含有：READMELICENSEBench：测式任务Doc ：文本Examples：简单的测试任务Potentials：嵌入原子方法与力场文件Src：源代码Tools: 前处理与后处理工具假如你下载的是windows可执行文件的话，你里面只有一个文件（

13、并行与非并行两种）Lmp-windows.exe2. 编译 LAMMPS之前的工作：编译LAMMPS不是一个繁琐的工作。首先你可能要写一个makefile文件，里面要选择编译器，附加的一些将要用到的库等。事先装上MPI或FFT等库。编译出一个可执行 LAMMPS：在SRC目录里头含有 C+源文件和头文件。当然也包括一个高水平的 Makefile，在MAKE目录里头 有几个低水平的 Makefile.*files分别适有不同的平台。进入 SRC目录，输入 make或gmake,你将会看 到一列的可选项。假如其中有一种符合你的机器，你可以输入像下面一样的命令：Make linuxGmake mac

14、注意，在一个多处理器或多核处理器的平台上你可以进行平行编译，在make命令中使用“ -j”选项就可以,这样编译起来会更快一些。在此过程中不发生错误的话,你可以得到一个类似于 lmp-linux 的可执行文件。 在编译过程当中将会发生的常见错误：（ 1）如果编译过程当中发生错误, 并提示不能找到一个含有通配符 *为名的文件的话, 说明你机器上的make器允许makefile中使用通配符。那就偿式使用gmake。如还不行的话，就试试加入 -f 选项,用 Makefile.list 作为 make 对像。如：Make makelistMake - f makefile.list linuxGmake

15、 - f makefile.lst mac（2）当你使用低水平的 makefile时，可能由于对机器的设置不正确， 会导致一些错误。假如你的平 台叫“ foo”，的话，你将要在 MAKE目录中创建一个 Makefile.foo。使用任何一个与你机器相近 的文件作为开始总是一个不错的选择。（ 3）如你在链接的时候出现库丢失或少了依赖关系的话,可能是由于： 你编译的包需要一个附加的库,但却没有事先编译需要的package libaray.你要链接的库在你的系统中不存在。没有连接到必要的系统库 后两种问题出现，你就需要修改你的低水平 makefile.foo.编辑一个新的低水平 makefile.f

16、oo:(1) 在#后的句子中，替换foo,不论你写成什么，这一行将会出现在屏幕上，如果你只输入 make 命令的话。(2) 在complier/linker settings ”部分为你的C+编译器列出编译器与链接器的设置，包括优化符号。你可以在任何UNIX系统中使用 G+编译器。当然你也可以用MPICC，如果你的系统中安装了 MPI 的话。如过在编译过程当中需要符加的库的话,你必需在 LIB 变量中列出来。DEPFLAGS 设置可以让 C+ 编译器创建一个源文件的依赖关系列表,当源文件或头文件改变的 时候可以加快编译速度。有些编译器不能创建依赖关系列表,或者你可以用选项D 来实现。G+可以使

17、用-D。如果你的编译器不能创建依赖关系文件的话，那么你就需要创建一个 Makefile.foo 来与 Makefile.storm (它用一系列的不需要依赖文件的规划)相对应。(3) “ system-specific sett in gs 部分有四个小部分：A LMP INC 变量,包括一些与系统相关的条件选项。B 3个MPI变量用于指定 MPI库。如你要进行并行计算的话, 那么你必须在你的平台上安上 MPI 库。如你想用 MPI 内置 C+ 编译 器的话,你可以让这三个变量空着,如你不用 MPICC 的话,那么,你要指定 MPI.h(MPI_INC) 文件在哪, MPI(MPI_PATH)

18、 库在哪,还有库名 (MPI_LIB).如果你想自已安装 MPI 的话,我们建议用 MPICH1.2 或2.0。 LAM MPI 也可以。 如果我的是大平 始的话,你的供应商已经为你装上了 MPI ,其可能比 MPICH 或 LAM 更快,你可以把找出来并 与之链接。如你用 LAM 或 MPICH ,你必需要设置他并编译他使之适合你的平台。 如果你想在单处理器的机器上运行的话,你可以用STIBS 库,这样你就可以不用在你的系统中安装MPI库。防照makefile.serial,看是如果设置这三个变量的。当然你在编译LAMMPS之前你必需创建STUBS库。在STUBS目录中，输入 make,不出

19、错的话你将会得到一个libmpi.a文件可供链接到LAMMPS。当出错，你则要修改STUBS下的MAKEFILE 。STUBS/MPI.CPP 有一个 CPU 计时器 MPI_Wtime() 可以调用 gettimeofday(). 如你的系统不支持 gettimeofday()，则你就要插入一句代码来调用另一个计时器，要注意的是，clock()函数在一个小时之后会归 0,所以对于一个长时间的 LAMMPS 模拟来说这是不够用的。C FTT变量用于指定 FFT库，当要用到kspace-style命令来计算长程库伦作用时使用PPPM选项时要用到。要使用此选项,你必须要在你的机器上安装一个一维的F

20、FT 库。可以能过开关 DFFTXXX来指定，其中 XXX=INTEL ，DEC，SGI，SCSL，或 FFTW。没有办法的情况下可以用供应商提 供的库。FFTW是一个快速的，可移植性的库，它可以在任何一个平台上运行。最好2.1.X本。编译 FFTW 库时只要用 ./configure;make 就可以。不任你是用哪一种 FFT 库,你都要在 makefile.foo 中正确的设置咱们的 FFT_INC,FFT_PATH,FFT_LIB 。当然,你如果不用 PPPM 的话,你将没有必要安装 FFT 库。这种情况下,你可以把 FFT_INC 设 成 -DFFT-NONE 并让其它几个变量空着。你

21、也可以在编译 LAMMPS 时把 KSPACE 包剔除。 D 几个 SYSLIB 和 SYSPATH 变量你可以忽略,除非你在编译 LAMMPS 时其中有一个或几个包 要用到附加的系统库。 所有这些包都的的名称都将会是SYSLIB和SYSPATH变量的前辍。SYSLIB变量将列出系统库。 SYSPATH 则是路径,只有当这些库为非默认路径时才有设定。最后，当你正确的写好了 makefile.foo和预编译好了所有的其它库(MPI,FFT,包库等)之后，你只要在SRC目录下输入下面其中一个命令就可以了Make fooGmake foo 不出意外，你将会得到 lmp_foo 的可执行文件。附加建义（ 1） 为多平台编译 LAMMPS你可以在同一个 SRC 目录下为多平台编译 LAMMPS 。每一个目标都有他自已的目标路径， Obj_name 用于存贮指定系统的目标文件。（ 2） 清理输入 ma