LAMMPS手冊(cè)-中文版講解

LAMMPS手冊(cè)-中文解析之五兆芳芳創(chuàng)作一、簡(jiǎn)介本部分大至介紹了LAMMPS的一些功效和缺陷.什么是LAMMPS?LAMMPS是一個(gè)經(jīng)典的份子動(dòng)力學(xué)代碼，他可以模擬液體中的粒子，固體和汽體的系綜.他可以采取不合的力場(chǎng)和鴻溝條件來(lái)模擬全原子，聚合物，生物，金屬，粒狀和粗料化體系.LAMMPS可以計(jì)較的體系小至幾個(gè)粒子，大到上百萬(wàn)甚至是上億個(gè)粒子.LAMMPS可以在單個(gè)處理器的臺(tái)式機(jī)和筆記本本上運(yùn)行且有較高的計(jì)較效率，但是它是專門(mén)為并行計(jì)較機(jī)設(shè)計(jì)的.他可以在任何一個(gè)按裝了C++編譯器和MPI的平臺(tái)上運(yùn)算，這其中當(dāng)然包含散布式和同享式并行機(jī)和Beowulf型的集群機(jī).LAMMPS是一可以修改和擴(kuò)展的計(jì)較程序，比方，可以加上一些新的力場(chǎng)，原子模型，鴻溝條件和診斷功效等.通常意義上來(lái)講，LAMMPS是按照不合的鴻溝條件和初始條件對(duì)通太短程和長(zhǎng)程力相互作用的份子，原子和宏不雅粒子薈萃對(duì)它們的牛頓運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行積分.高效率計(jì)較的LAMMPS通過(guò)采取相鄰清單來(lái)跟蹤他們鄰近的粒子.這些清單是按照粒子間的短程互拆力的大小進(jìn)行優(yōu)化過(guò)的，目的是避免局部粒子密度太高.在并行機(jī)上，LAMMPS采取的是空間分化技巧來(lái)分派模擬的區(qū)域，把整個(gè)模擬空間分紅較小的三維小空間，其中每一個(gè)小空間可以分派在一個(gè)處理器上.各個(gè)處理器之間相互通信并且存儲(chǔ)每一個(gè)小空間鴻溝上的《卜^二原子的信息.LAMMPS（并行情況）在模擬3維矩行盒子并且具有近均一密度的體系時(shí)效率最高.LAMMPS的功效總體功效：可以串行和并行計(jì)較散布式MPI戰(zhàn)略模擬空間的分化并行機(jī)制開(kāi)源高移植性C++語(yǔ)言編寫(xiě)MPI和單處理器串行FFT的可選性（自定義）可以便利的為之?dāng)U展上新特征和功效只需一個(gè)輸入腳本就可運(yùn)行有定義和使用變量和方程完備語(yǔ)律例則在運(yùn)行進(jìn)程中循環(huán)的控制都有嚴(yán)格的法則只要一個(gè)輸入腳本試就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)模擬任務(wù)粒子和模擬的類型：（atomstyle命令）原子粗?；Ｗ尤泳酆衔?，有機(jī)份子，蛋白質(zhì)，DNA聯(lián)合原子聚合物或有機(jī)份子金屬粒子資料粗?；椴谎拍Ｐ脱由烨蛐闻c橢圓形粒子點(diǎn)偶極粒子剛性粒子所有上面的雜化類型力場(chǎng)：(命令：pairstyle,bondstyle,anglestyle,dihedralstyle,improperstyle,kspacestyle)對(duì)相互作用勢(shì)：L-J,Buckingham,Morse,Yukawa,soft,class2(COMPASS),tabulated.帶點(diǎn)對(duì)相互作用勢(shì)：Coulombic,point-dipole.多體作用勢(shì)：EAM,Finnis/SinclairEAM,modifiedEAM(MEAM),Stillinger-Weber,Tersoff,AIREBO,ReaxFF粗?；饔脛?shì)：DPD,GayBerne,Resquared,Colloidal,DLVO介不雅作用勢(shì)：granular,Peridynamics鍵勢(shì)能：harmonic,FENE,Morse,nonlinear,class2,quartic鍵角勢(shì)能：harmonic,CHARMM,cosine,cosine/squared,class2(COMPASS)二面角勢(shì)能：harmonic,CHARMM,multi-harmonic,helix,OPLS,class2(COMPASS)不合理勢(shì)能：harmonic,CVFF,class2(COMPASS)聚合物勢(shì)能：all-atom,united-atom,bead-spring,breakable水勢(shì)能：TIP3P,TIP4P,SPC隱式溶劑勢(shì)能：hydrodynamiclubrication,Debye長(zhǎng)程庫(kù)倫與分離：Ewald,PPPM,Ewald/N（針對(duì)長(zhǎng)程L-J作用）可以有與普適化力場(chǎng)如CHARMM，AMBER，OPLS，GROMACS相兼容的力場(chǎng)可以采取GPU加快的成對(duì)類型雜化勢(shì)能函數(shù)：multiplepair,bond,angle,dihedral,improperpotentials^對(duì)勢(shì)能處于更高的優(yōu)先級(jí)）原子創(chuàng)建：（命令：read_data,lattice,create-atoms,delete-atoms,displace-atoms,replicate）從文件中讀入各個(gè)原子的坐標(biāo)在一個(gè)或多個(gè)晶格中創(chuàng)建原子刪除幾何或邏輯原子基團(tuán)復(fù)制已存在的原子多次替換原子系綜，約束條件，鴻溝條件：（命令：fix）二維和三維體系正角或非正角模擬空間常NVE，NVT，NPT，NPH積分器原子基團(tuán)與幾何區(qū)域可選擇不合的溫度控制器有Nose/Hoover和Berendsen壓力控制器來(lái)控制體系的壓力（任一維度上）模擬合子的變形（扭曲與剪切）簡(jiǎn)諧（unbrella）束縛力剛體約束搖擺鍵與鍵角約束各類鴻溝情況非平行太份子動(dòng)力學(xué)NEMD各類附加鴻溝條件和約束積分器：Velocity-verlet積分器Brown積分器rRESPA承繼時(shí)間延化積分器剛體積分器共軛梯度或最束下降算法能量最小化器輸出：（命令：dump,restart）熱力學(xué)信息日志原子坐標(biāo)，速度和其它原子量信息的文本dump文件二進(jìn)制重啟文件各原子量包含：能量，壓力，中心對(duì)稱參數(shù)，CAN等用戶自定義系統(tǒng)寬度或各原子的計(jì)較信息每個(gè)原子的時(shí)間與空間平均系統(tǒng)寬量的時(shí)間平均原子圖像，XYZ,XTC,DCD,CFG格局?jǐn)?shù)據(jù)的前處理與后處理：包里提供了一系列的前處理與后處理東西另外，可以使用獨(dú)立刊行的東西組pizza.py它可以進(jìn)行LAMMPS模擬的設(shè)置，闡發(fā)，作圖和可視化任務(wù).特別功效：實(shí)時(shí)的可視化與交互式MD模擬與有限元辦法結(jié)合進(jìn)行原子-連續(xù)體模擬在POEMS庫(kù)中提供了剛體積分東西并行裉火并行復(fù)制動(dòng)力學(xué)對(duì)低密度液體直接使用MC模擬Peridynamic介不雅建模目標(biāo)型與無(wú)目標(biāo)型份子動(dòng)力學(xué)雙溫度電子模型LAMMPS不具備的功效：由于LAMMPS是對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)方程積分的東西，所以良多需要的數(shù)據(jù)前處理與后處理功效是LAMMPS焦點(diǎn)不具備的.其原因?yàn)椋喊躄AMMPS的小巧性前處理與后處理不克不及進(jìn)行并交運(yùn)算這些功效可以有其它東西來(lái)完成原代碼開(kāi)發(fā)的局限性特別地，LAMMPS不克不及：通過(guò)圖形用戶界面來(lái)任務(wù)創(chuàng)建份子體系自動(dòng)的加上力場(chǎng)系數(shù)為MD模擬提供智能化的數(shù)據(jù)闡發(fā)MD的可視化為輸出數(shù)據(jù)作圖我們需要為L(zhǎng)AMMPS輸入一系列的原子類型，原子坐標(biāo)，份子拓樸信息和所有原子與鍵的力場(chǎng)參數(shù).LAMMPS不會(huì)自動(dòng)的為我們創(chuàng)建份子體系與力場(chǎng)參數(shù).對(duì)與原子體系，LAMMPS提供了creat-atoms命令來(lái)為固態(tài)晶格加上原子.可以能過(guò)paircoeff,bondcoeff,anglecoeff等命來(lái)加上小數(shù)目的力場(chǎng)參數(shù).對(duì)于份子體系或更龐雜的模擬體系，我們通常會(huì)用其它東西來(lái)創(chuàng)建或是轉(zhuǎn)換LAMMPS輸出文件來(lái)做到這些事情.有的還會(huì)寫(xiě)一些自已的代碼來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù).對(duì)于一個(gè)龐雜的份子體系（如，蛋白質(zhì)），我們需要為之提供上面?zhèn)€拓樸信息與力場(chǎng)參數(shù).所以我們建議用CHARMM或AMBER或其它的份子建模器來(lái)完成這些任務(wù)，并把之輸?shù)揭粋€(gè)文件中去.然后，改動(dòng)其格局以達(dá)到LAMMPS所允許的輸入格局.同樣，LAMMPS的輸出文件是一種復(fù)雜的文本格局，我們也可以通過(guò)其它的東西來(lái)?yè)Q專這些格局.我們可以用以下幾個(gè)軟件來(lái)完成高質(zhì)量的可視任務(wù)：VMDAtomEyePymolRaster3dRasMol最后要說(shuō)一下的是，以下這些也是自由份子動(dòng)力學(xué)包，它們大多數(shù)是并行的，可能也適合來(lái)完成你的研究任務(wù)，當(dāng)然也可以與LAMMPS聯(lián)合起來(lái)使用以完成模擬任務(wù).CHARMMAMBERNAMDNWCHEMDL_POLYTinkerCHARMM，AMBER，NAMD，NWCHEM，Tinker是專們用于模擬生物份子的.二開(kāi)始、本部分主要描述如何創(chuàng)建和運(yùn)行LAMMPS.1在LAMMPS刊行包理含有：．READMELICENSEBench:測(cè)式任務(wù)口05文本Examples:復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)Potentials:嵌入原子辦法與力場(chǎng)文件$^：源代碼Tools:前處理與后處理東西假設(shè)你下載的是windows可執(zhí)行文件的話，你里面只有一個(gè)文件（并行與非并行兩種）L2.編譯LAMMPS之前的任務(wù):編譯LAMMPS不是一個(gè)繁瑣的任務(wù).首先你可能要寫(xiě)一個(gè)makefile文件，里面要選擇編譯器，附加的一些將要用到的庫(kù)等.事先裝上MPI或FFT等庫(kù).編譯出一個(gè)可執(zhí)行LAMMPS：在SRC目錄里頭含有C++源文件和頭文件.當(dāng)然也包含一個(gè)高水平的Makefile，在MAKE目錄里頭有幾個(gè)低水平的Makefile.*files辨別適有不合的平臺(tái).進(jìn)入SRC目錄，輸入make或gmake，你將會(huì)看到一列的可選項(xiàng).假設(shè)其中有一種合適你的機(jī)械，你可以輸入像下面一樣的命令：MakelinuxGmakemac注意，在一個(gè)多處理器或多核處理器的平臺(tái)上你可以進(jìn)行平行編譯，在make命令中使用“-j”選項(xiàng)就可以，這樣編譯起來(lái)會(huì)更快一些.在此進(jìn)程中不產(chǎn)生錯(cuò)誤的話，你可以得到一個(gè)類似于lmp-linux的可執(zhí)行文件.在編譯進(jìn)程當(dāng)中將會(huì)產(chǎn)生的罕有錯(cuò)誤：（1）如果編譯進(jìn)程當(dāng)中產(chǎn)生錯(cuò)誤，并提示不克不及找到一個(gè)含有通配符*為名的文件的話，說(shuō)明你機(jī)械上的make器允許makefile中使用通配符.那就償式使用gmake.如還不成的話，就試試參加-f選項(xiàng)，用Makefile.list作為make對(duì)像.如：MakemakelistMake-fmakefile.listlinuxGmake-fmakefile.lstmac（2）當(dāng)你使用低水平的makefile時(shí)，可能由于對(duì)機(jī)械的設(shè)置不正確，會(huì)導(dǎo)致一些錯(cuò)誤.假設(shè)你的平臺(tái)叫江^”，的話，你將要在MAKE目錄中創(chuàng)建一個(gè)Makefile.foo.使用任何一個(gè)與你機(jī)械相近的文件作為開(kāi)始總是一個(gè)不錯(cuò)的選擇.（3）如你在鏈接的時(shí)候出現(xiàn)庫(kù)丟失或少了依賴關(guān)系的話，可能是由于：你編譯的包需要一個(gè)附加的庫(kù)，但卻沒(méi)有事先編譯需要的packagelibaray.你要鏈接的庫(kù)在你的系統(tǒng)中不存在.沒(méi)有連接到需要的系統(tǒng)庫(kù)后兩種問(wèn)題出現(xiàn)，你就需要修改你的低水平makefile.foo.編輯一個(gè)新的低水平makefile.foo:（1）在#后的句子中，替換foo,不管你寫(xiě)成什么，這一即將會(huì)出現(xiàn)在屏幕上，如果你只輸入make命令的話.（2）在“complier/linkersettings”部分為你的C++編譯器列出編譯器與鏈接器的設(shè)置，包含優(yōu)化符號(hào).你可以在任何UNIX系統(tǒng)中使用G++編譯器.當(dāng)然你也可以用MPICC，如果你的系統(tǒng)中裝置了MPI的話.如過(guò)在編譯進(jìn)程當(dāng)中需要符加的庫(kù)的話，你必須在LIB變量中列出來(lái).DEPFLAGS設(shè)置可以讓C++編譯器創(chuàng)建一個(gè)源文件的依賴關(guān)系列表，當(dāng)源文件或頭文件改動(dòng)的時(shí)候可以放慢編譯速度.有些編譯器不克不及創(chuàng)建依賴關(guān)系列表，或你可以用選項(xiàng)—D來(lái)實(shí)現(xiàn).G++可以使用-D.如果你的編譯器不克不及創(chuàng)建依賴關(guān)系文件的話，那么你就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Makefile.foo來(lái)與Makefile.storm（它用一系列的不需要依賴文件的計(jì)劃）相對(duì)應(yīng).（3）“system-specificsettings”部分有四個(gè)小部分：ALMP—INC變量，包含一些與系統(tǒng)相關(guān)的條件選項(xiàng).B3個(gè)MPI變量用于指定MPI庫(kù).如你要進(jìn)行并行計(jì)較的話，那么你必須在你的平臺(tái)上安上MPI庫(kù).如你想用MPI內(nèi)置C++編譯器的話，你可以讓這三個(gè)變量空著，如你不必MPICC的話，那么，你要指定MPI.h(MPI_INC)文件在哪，MPI(MPI_PATH庫(kù)在哪，還有庫(kù)名(MPI_LIB).如果你想自己裝置MPI的話，我們建議用MPICH1.2或2.0.LAMMPI也可以.如果我的是大平始的話，你的供給商已經(jīng)為你裝上了MPI,其可能比MPICH或LAM更快，你可以把找出來(lái)并與之鏈接.如你用LAM或MPICH，你必須要設(shè)置他并編譯他使之適合你的平臺(tái).如果你想在單處理器的機(jī)械上運(yùn)行的話，你可以用STIBS庫(kù)，這樣你就可以不必在你的系統(tǒng)中裝置MPI庫(kù).防照makefile.serial，看是如果設(shè)置這三個(gè)變量的.當(dāng)然你在編譯LAMMPS之前你必須創(chuàng)建STUBS庫(kù)在STUBS目錄中，輸入make，不出錯(cuò)的話你將會(huì)得到一個(gè)libmpi.a文件可供鏈接到LAMMPS.當(dāng)出錯(cuò)，你則要修改STUBS下的MAKEFILE.STUBS/MPI.CPP有一個(gè)CPU計(jì)時(shí)器MPI_Wtime(可以調(diào)用gettimeofday()如你的系統(tǒng)不支持gettimeofday(),則你就要拔出一句代碼來(lái)調(diào)用另一個(gè)計(jì)時(shí)器，要注意的是，。1。。的函數(shù)在一個(gè)小時(shí)之后會(huì)歸0，所以對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的LAMMPS模擬來(lái)說(shuō)這是不敷用的.CFTT變量用于指定FFT庫(kù)，當(dāng)要用到kspace-style命令來(lái)計(jì)較長(zhǎng)程庫(kù)倫作用時(shí)使用PPPM選項(xiàng)時(shí)要用到.要使用此選項(xiàng)，你必須要在你的機(jī)械上裝置一個(gè)一維的FFT庫(kù).可以能過(guò)開(kāi)關(guān)一DFFT—XXX來(lái)指定，其中XXX=INTELDEC，SGI，SCSL，或尸尸丁亞.沒(méi)有辦法的情況下可以用供給商提供的庫(kù)下尸丁亞是一個(gè)快速的，可移植性的庫(kù)，它可以在任何一個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行.最好2.1.X本.編譯FFTW庫(kù)時(shí)只要ffi./configure;make就可以.不任你是用哪一種FFT庫(kù)，你都要在makefile.foo中正確的設(shè)置咱們的FFT_INC,FFT_PATH,FFT_LIB.當(dāng)然，你如果不必PPPM的話，你將沒(méi)有需要裝置FFT庫(kù).這種情況下，你可以把FFT_INC設(shè)成-DFFT-NONE并讓其它幾個(gè)變量空著.你也可以在編譯LAMMPS時(shí)把KSPACE包剔除.D幾個(gè)SYSLIB和SYSPATH變量你可以疏忽，除非你在編譯LAMMPS時(shí)其中有一個(gè)或幾個(gè)包要用到附加的系統(tǒng)庫(kù).所有這些包都的的名稱都將會(huì)是SYSLIB和SYSPATH變量的前輟.SYSLIB變量將列出系統(tǒng)庫(kù).SYSPATH則是路徑，只有當(dāng)這些庫(kù)為非默認(rèn)路徑時(shí)才有設(shè)定.最后，當(dāng)你正確的寫(xiě)好了makefile.foo和預(yù)編譯好了所有的其它庫(kù)（MPI,FFT,包庫(kù)等）之后，你只要在SRC目錄下輸入下面其中一個(gè)命令就可以了MakefooGmakefoo不出意外，你將會(huì)得到lmp_foo的可執(zhí)行文件.附加建義（1）為多平臺(tái)編譯LAMMPS你可以在同一個(gè)SRC目錄下為多平臺(tái)編譯LAMMPS.每一個(gè)目標(biāo)都有他自己的目標(biāo)路徑，Obj_name用于存貯指定系統(tǒng)的目標(biāo)文件.2）清理輸入makeclear-a