1、分子動(dòng)力學(xué)模擬：金屬晶體建模與計(jì)算模擬1、建模練習(xí)2、編程練習(xí)3、結(jié)果分析0、分子動(dòng)力學(xué)介紹 作者：作者：ECJTU MingMu0、分子動(dòng)力學(xué)介紹分子動(dòng)力學(xué)的原理&步驟原理：多體問(wèn)題的嚴(yán)格求解，需要建立并求解體系的薛定諤方程，根據(jù)波恩-奧本海默近似，原子核的運(yùn)動(dòng)可以用經(jīng)典動(dòng)力學(xué)方法處理 薛定諤方程 牛頓運(yùn)動(dòng)方程（簡(jiǎn)化計(jì)算）步驟建立一個(gè)由N 個(gè)粒子（分子）組成的模型體系解N 個(gè)粒子（分子）組成的模型體系的牛頓運(yùn)動(dòng)方程直至平衡平衡后，進(jìn)行材料性能的計(jì)算，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析分子動(dòng)力學(xué)方法工作框圖分子動(dòng)力學(xué)方法工作框圖分子動(dòng)力學(xué)運(yùn)行流程圖分子動(dòng)力學(xué)運(yùn)行流程圖進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)運(yùn)算的幾個(gè)必備步驟：

2、首先建立計(jì)算模型設(shè)定計(jì)算模型的初始坐標(biāo)和初始速度選定合適的時(shí)間步長(zhǎng)選取合適的原子間相互作用勢(shì)函數(shù)，便于進(jìn)行力的計(jì)算選擇合適的算法、邊界條件和外界條件計(jì)算對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理1、建模練習(xí)軟件materials stuidio 5.5 Fe晶體練習(xí)H2O練習(xí)Fe-H2O-Fe練習(xí)1、建模練習(xí)軟件lammps編程create_atoms 1 single 2.45 2.05 2.05 # 在該位置插入一在該位置插入一個(gè)原子個(gè)原子min_style sd # 能量最小化模式，能量最小化模式，sdminimize 1.0e-12 1.0e-12 1000 1000 # 能量最小化參數(shù)，能量最小化參數(shù)，

3、指數(shù)越大最小化程度越深指數(shù)越大最小化程度越深print interstitial introduced, minimized: $N atoms, energy is $Efix 1 all nvt 100 100 100 drag 0.2 # nvt 系綜，原子數(shù)、系綜，原子數(shù)、體積和溫度保持不變體積和溫度保持不變;T=100Ktimestep 0.005 # 步長(zhǎng)步長(zhǎng) 0.005fsrun 1000 # 運(yùn)行運(yùn)行 1000 步步print nvt performed, temperature up: $N atoms, total energy is $Efix 1 all nvt 100

4、 0.0001 100 drag 0.2 # nvt 系綜，溫度由系綜，溫度由100K 到到0.0001Krun 1000 # 運(yùn)行運(yùn)行 1000 步步print nvt performed, temperature down: $N atoms, total energy is $Ecompute 3 all pe/atom # 計(jì)算每個(gè)原子的勢(shì)能計(jì)算每個(gè)原子的勢(shì)能compute 4 all ke/atom # 計(jì)算每個(gè)原子的動(dòng)能計(jì)算每個(gè)原子的動(dòng)能compute 5 all coord/atom 3.0 # 計(jì)算每個(gè)原子的近鄰原計(jì)算每個(gè)原子的近鄰原子數(shù)子數(shù)#dump 1 all custom

5、 1 dump.atom id xs ys zs c_3 c_4 c_5 # 將信息寫(xiě)入將信息寫(xiě)入dump.atomdump 1 all custom 1 dump.lammpstrj id xs ys zs c_3 c_4 c_5min_style sdminimize 1.0e-12 1.0e-12 10000 10000 # 再次能量最小再次能量最小化化units metal # 單位為單位為lammps 中的中的metel 類(lèi)型類(lèi)型boundary p p p # 周期性邊界條件周期性邊界條件atom_style atomic # 原子模式原子模式lattice fcc 3.61 #

6、Cu 的晶格常數(shù)的晶格常數(shù)3.61region box block 0 4 0 4 0 4 # x,y,z 各方向各方向上的晶胞重復(fù)單元數(shù)，也即區(qū)域大小上的晶胞重復(fù)單元數(shù)，也即區(qū)域大小create_box 1 box # 將上述區(qū)域指定為模擬的將上述區(qū)域指定為模擬的盒子盒子create_atoms 1 box # 將原子按晶格填滿盒將原子按晶格填滿盒子子pair_style eam # 選取選取 Cu 的的EAM 勢(shì)作為模型勢(shì)作為模型pair_coeff * * Cu_u3.eam # EAM 勢(shì)文件名稱(chēng)勢(shì)文件名稱(chēng)run 0 # 運(yùn)行運(yùn)行0 步，僅為啟動(dòng)步，僅為啟動(dòng)lammps 的熱力的熱力學(xué)

7、數(shù)據(jù)計(jì)算學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算variable E equal pe # 定義變量定義變量 E 為系統(tǒng)總勢(shì)為系統(tǒng)總勢(shì)能能variable N equal atoms # 定義變量定義變量 N 為系統(tǒng)為系統(tǒng)總原子數(shù)總原子數(shù)boundary p s s # 邊界條件，拉伸方向是周期性，其余是自由邊界；如果是薄膜拉伸則是兩個(gè)周期性，塊體則是三個(gè)周期性u(píng)nits metal #單位制定義為metalatom_style atomic #原子類(lèi)型自動(dòng)neighbor 2.0 bin #截?cái)喟霃较嚓P(guān)的東西neigh_modify delay 1 check yes # 鄰近原子列表更新速度#create geomet

8、rylattice fcc 3.61 # 定義晶胞為fcc，晶格常數(shù)3.61Aregion box block 0 30 0 3 0 3 #定義一個(gè)長(zhǎng)方體區(qū)域叫box，長(zhǎng)30，寬和高是3create_box 1 box #創(chuàng)建了這樣一個(gè)boxcreate_atoms 1 box #在box里創(chuàng)建了一種原子mass 1 63.546 #定義這種原子的質(zhì)量是63.546# potentialspair_style eam # 定義勢(shì)函數(shù)是EAMpair_coeff * * Cu_u3.eam #勢(shì)所需要的參數(shù)在此文件里#define groupsregion 1 block INF 1 INF I

9、NF INF INF # 定義了一個(gè)叫1的區(qū)域group left region 1 #定義此區(qū)域里的原子叫l(wèi)eftregion 2 block 29 INF INF INF INF INF #定義了一個(gè)叫2的區(qū)域group right region 2 #定義此區(qū)域里的原子叫rightgroup boundary union left right #定義left+ right = boundarygroup mobile subtract all left # 定義mobile= all - left# initialvelocitiesvelocity left set 0.0 0.0 0

10、.0 # 設(shè)置原子初速度為0compute p all pressure thermo_temp # 計(jì)算應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果記為p variable pressx equal c_p1 #定義變量pressx=c_p1,c_p1的意思是p里第一個(gè)值variable pressy equal c_p2 #定義變量pressy=c_p2,c_p2的意思是p里第二個(gè)值variable pressz equal c_p3 #定義變量pressz=c_p3,c_p3的意思是p里第三個(gè)值thermo_style custom step temp etotal press v_pressx v_pressy v

11、_pressz vol 1，直接把，直接把msi2lmp.exe拷貝到指定文件夾下（最好單獨(dú)拷貝到指定文件夾下（最好單獨(dú)一個(gè)）；一個(gè)）；2，在，在ms中建立好結(jié)構(gòu)模型后，在中建立好結(jié)構(gòu)模型后，在ds模塊或者模塊或者forcite模塊模塊中指定力場(chǎng)類(lèi)型，如對(duì)中指定力場(chǎng)類(lèi)型，如對(duì)xxx結(jié)構(gòu)指定為結(jié)構(gòu)指定為cvff力場(chǎng)（這一塊力場(chǎng)（這一塊看你需要，人工或自動(dòng)指定），并根據(jù)你的需要?jiǎng)h除或者看你需要，人工或自動(dòng)指定），并根據(jù)你的需要?jiǎng)h除或者改變一些結(jié)構(gòu)信息（如刪除鍵長(zhǎng)，改變某些原子的力場(chǎng)類(lèi)改變一些結(jié)構(gòu)信息（如刪除鍵長(zhǎng)，改變某些原子的力場(chǎng)類(lèi)型，在型，在ms中比較容易實(shí)現(xiàn)）（這樣做的目的是為了少在中比較容易

12、實(shí)現(xiàn)）（這樣做的目的是為了少在lammps的的data文件中做修改），文件中做修改），export結(jié)構(gòu)保存為結(jié)構(gòu)保存為.car格式，同時(shí)自動(dòng)有格式，同時(shí)自動(dòng)有.mdf格式的文件生成（格式的文件生成（mdf文件中保存文件中保存有對(duì)應(yīng)的力場(chǎng)參數(shù)信息，如上面的有對(duì)應(yīng)的力場(chǎng)參數(shù)信息，如上面的cvff力場(chǎng)）；力場(chǎng)）；3，將，將xxx.car和和xxx.mdf文件拷貝到文件拷貝到msi2lmp.exe所在的所在的文件夾，并將文件夾，并將tools/msi2lmp/biosym_frc_files文件中對(duì)文件中對(duì)應(yīng)的力場(chǎng)文件拷貝到這個(gè)文件夾中（如上面的應(yīng)的力場(chǎng)文件拷貝到這個(gè)文件夾中（如上面的cvff.frc

13、）（很多朋友在轉(zhuǎn)化過(guò)程中報(bào)錯(cuò)找不到力場(chǎng)信息就是這個(gè)原（很多朋友在轉(zhuǎn)化過(guò)程中報(bào)錯(cuò)找不到力場(chǎng)信息就是這個(gè)原因，沒(méi)有力場(chǎng)文件來(lái)解釋因，沒(méi)有力場(chǎng)文件來(lái)解釋.mdf文件，文件，lmp自帶的力場(chǎng)文件自帶的力場(chǎng)文件和和ms中的力場(chǎng)文件一模一樣，所以這一步很關(guān)鍵，一定中的力場(chǎng)文件一模一樣，所以這一步很關(guān)鍵，一定記住你在記住你在ms中給結(jié)構(gòu)指定力場(chǎng)時(shí)用的那種力場(chǎng)，在這就中給結(jié)構(gòu)指定力場(chǎng)時(shí)用的那種力場(chǎng)，在這就拷貝那種力場(chǎng)，我一般就用拷貝那種力場(chǎng)，我一般就用cvff，呵呵足夠了）；，呵呵足夠了）；4，在這個(gè)文件目錄下，通過(guò)終端命令行，在這個(gè)文件目錄下，通過(guò)終端命令行./msi2lmp.exe xxx -class I -frc cvff da