LAMMPS手册-中文版讲解

LAMMPS手册-中文解析之五兆芳芳创作一、简介本部分大至介绍了LAMMPS的一些功效和缺陷.什么是LAMMPS?LAMMPS是一个经典的份子动力学代码，他可以模拟液体中的粒子，固体和汽体的系综.他可以采取不合的力场和鸿沟条件来模拟全原子，聚合物，生物，金属，粒状和粗料化体系.LAMMPS可以计较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较效率，但是它是专门为并行计较机设计的.他可以在任何一个按装了C++编译器和MPI的平台上运算，这其中当然包含散布式和同享式并行机和Beowulf型的集群机.LAMMPS是一可以修改和扩展的计较程序，比方，可以加上一些新的力场，原子模型，鸿沟条件和诊断功效等.通常意义上来讲，LAMMPS是按照不合的鸿沟条件和初始条件对通太短程和长程力相互作用的份子，原子和宏不雅粒子荟萃对它们的牛顿运动方程进行积分.高效率计较的LAMMPS通过采取相邻清单来跟踪他们邻近的粒子.这些清单是按照粒子间的短程互拆力的大小进行优化过的，目的是避免局部粒子密度太高.在并行机上，LAMMPS采取的是空间分化技巧来分派模拟的区域，把整个模拟空间分红较小的三维小空间，其中每一个小空间可以分派在一个处理器上.各个处理器之间相互通信并且存储每一个小空间鸿沟上的《卜^二原子的信息.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.LAMMPS的功效总体功效：可以串行和并行计较散布式MPI战略模拟空间的分化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）可以便利的为之扩展上新特征和功效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律例则在运行进程中循环的控制都有严格的法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：（atomstyle命令）原子粗粒化粒子全原子聚合物，有机份子，蛋白质，DNA联合原子聚合物或有机份子金属粒子资料粗粒化介不雅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：pairstyle,bondstyle,anglestyle,dihedralstyle,improperstyle,kspacestyle)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/SinclairEAM,modifiedEAM(MEAM),Stillinger-Weber,Tersoff,AIREBO,ReaxFF粗粒化作用势：DPD,GayBerne,Resquared,Colloidal,DLVO介不雅作用势：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：hydrodynamiclubrication,Debye长程库伦与分离：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取GPU加快的成对类型杂化势能函数：multiplepair,bond,angle,dihedral,improperpotentials^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，鸿沟条件：（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合的温度控制器有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类鸿沟情况非平行太份子动力学NEMD各类附加鸿沟条件和约束积分器：Velocity-verlet积分器Brown积分器rRESPA承继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含：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较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格局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东西另外，可以使用独立刊行的东西组pizza.py它可以进行LAMMPS模拟的设置，阐发，作图和可视化任务.特别功效：实时的可视化与交互式MD模拟与有限元办法结合进行原子-连续体模拟在POEMS库中提供了刚体积分东西并行裉火并行复制动力学对低密度液体直接使用MC模拟Peridynamic介不雅建模目标型与无目标型份子动力学双温度电子模型LAMMPS不具备的功效：由于LAMMPS是对牛顿运动方程积分的东西，所以良多需要的数据前处理与后处理功效是LAMMPS焦点不具备的.其原因为：包管LAMMPS的小巧性前处理与后处理不克不及进行并交运算这些功效可以有其它东西来完成原代码开发的局限性特别地，LAMMPS不克不及：通过图形用户界面来任务创建份子体系自动的加上力场系数为MD模拟提供智能化的数据阐发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，份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份子体系与力场参数.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paircoeff,bondcoeff,anglecoeff等命来加上小数目的力场参数.对于份子体系或更庞杂的模拟体系，我们通常会用其它东西来创建或是转换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.对于一个庞杂的份子体系（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或其它的份子建模器来完成这些任务，并把之输到一个文件中去.然后，改动其格局以达到LAMMPS所允许的输入格局.同样，LAMMPS的输出文件是一种复杂的文本格局，我们也可以通过其它的东西来换专这些格局.我们可以用以下几个软件来完成高质量的可视任务：VMDAtomEyePymolRaster3dRasMol最后要说一下的是，以下这些也是自由份子动力学包，它们大多数是并行的，可能也适合来完成你的研究任务，当然也可以与LAMMPS联合起来使用以完成模拟任务.CHARMMAMBERNAMDNWCHEMDL_POLYTinkerCHARMM，AMBER，NAMD，NWCHEM，Tinker是专们用于模拟生物份子的.二开始、本部分主要描述如何创建和运行LAMMPS.1在LAMMPS刊行包理含有：．READMELICENSEBench:测式任务口05文本Examples:复杂的测试任务Potentials:嵌入原子办法与力场文件$^：源代码Tools:前处理与后处理东西假设你下载的是windows可执行文件的话，你里面只有一个文件（并行与非并行两种）L2.编译LAMMPS之前的任务:编译LAMMPS不是一个繁琐的任务.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.当然也包含一个高水平的Makefile，在MAKE目录里头有几个低水平的Makefile.*files辨别适有不合的平台.进入SRC目录，输入make或gmake，你将会看到一列的可选项.假设其中有一种合适你的机械，你可以输入像下面一样的命令：MakelinuxGmakemac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.在此进程中不产生错误的话，你可以得到一个类似于lmp-linux的可执行文件.在编译进程当中将会产生的罕有错误：（1）如果编译进程当中产生错误，并提示不克不及找到一个含有通配符*为名的文件的话，说明你机械上的make器允许makefile中使用通配符.那就偿式使用gmake.如还不成的话，就试试参加-f选项，用Makefile.list作为make对像.如：MakemakelistMake-fmakefile.listlinuxGmake-fmakefile.lstmac（2）当你使用低水平的makefile时，可能由于对机械的设置不正确，会导致一些错误.假设你的平台叫江^”，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械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packagelibaray.你要链接的库在你的系统中不存在.没有连接到需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.foo:（1）在#后的句子中，替换foo,不管你写成什么，这一即将会出现在屏幕上，如果你只输入make命令的话.（2）在“complier/linkersettings”部分为你的C++编译器列出编译器与链接器的设置，包含优化符号.你可以在任何UNIX系统中使用G++编译器.当然你也可以用MPICC，如果你的系统中装置了MPI的话.如过在编译进程当中需要符加的库的话，你必须在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动的时候可以放慢编译速度.有些编译器不克不及创建依赖关系列表，或你可以用选项—D来实现.G++可以使用-D.如果你的编译器不克不及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计划）相对应.（3）“system-specificsettings”部分有四个小部分：ALMP—INC变量，包含一些与系统相关的条件选项.B3个MPI变量用于指定MPI库.如你要进行并行计较的话，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，如你不必MPICC的话，那么，你要指定MPI.h(MPI_INC)文件在哪，MPI(MPI_PATH库在哪，还有库名(MPI_LIB).如果你想自己装置MPI的话，我们建议用MPICH1.2或2.0.LAMMPI也可以.如果我的是大平始的话，你的供给商已经为你装上了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，你必须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械上运行的话，你可以用STIBS库，这样你就可以不必在你的系统中装置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之前你必须创建STUBS库在STUBS目录中，输入make，不出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(),则你就要拔出一句代码来调用另一个计时器，要注意的是，。1。。的函数在一个小时之后会归0，所以对于一个长时间的LAMMPS模拟来说这是不敷用的.CFTT变量用于指定FFT库，当要用到kspace-style命令来计较长程库伦作用时使用PPPM选项时要用到.要使用此选项，你必须要在你的机械上装置一个一维的FFT库.可以能过开关一DFFT—XXX来指定，其中XXX=INTELDEC，SGI，SCSL，或尸尸丁亚.没有办法的情况下可以用供给商提供的库下尸丁亚是一个快速的，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ffi./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，你如果不必PPPM的话，你将没有需要装置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.你也可以在编译LAMMPS时把KSPACE包剔除.D几个SYSLIB和SYSPATH变量你可以疏忽，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MakefooGmakefoo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己的目标路径，Obj_name用于存贮指定系统的目标文件.2）清理输入makeclear-a