lammps 计算干货 | LAMMPS简版手册

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作者:霍开拓

关键词:计算材料科学，分子动力学模拟，计算物理

一、导言；这一部分主要介绍了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软件。LAMMPS是一个可以修改和扩展的计算程序。

2.2的作用。LAMMPS整体功能；串行和并行计算是可能的；分布式MPI策略；模拟空之间的分解并行机制；

一.导言

本节主要介绍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，可以模拟液体中粒子、固体和蒸汽的集合。不同的力场和边界条件也可以用来模拟全原子、聚合物、生物、金属、颗粒和粗颗粒系统。LAMMPS能计算的系统小到几个粒子，大到几百万甚至上亿个粒子。LAMMPS可以在单处理器的台式机和笔记本电脑上运行，计算效率高，但它是专门为并行计算机设计的。他可以在任何安装了C++编译器和MPI的平台上操作，包括分布式共享并行机和Beowulf集群机。

LAMMPS是一个可以修改和扩展的计算程序，例如可以增加一些新的力场、原子模型、边界条件和诊断函数。

一般来说，LAMMPS根据不同的边界条件和初始条件，集成了分子、原子和宏观粒子受短程力和长程力相互作用的牛顿运动方程。高效的LAMMPS通过使用邻居列表来跟踪它们的邻居粒子。这些列表是根据粒子之间的短程相互作用力进行优化的，以防止局部粒子密度过高。在并行计算机上，LAMMPS使用空互分解技术来分配仿真区域，并将整个仿真空划分为更小的三维小空房间，其中每个小空房间可以在一个处理器上分配。每个处理器相互通信，并在每个小空之间的边界上存储“鬼”原子的信息。在模拟具有三维矩形盒和接近均匀密度的系统时，LAMMPS的效率最高。

2.LAMMPS的功能

总体功能:

串行和并行计算都是可能的

分布式MPI策略

模拟空之间的并行分解机制

开放源码

高移植性C++语言编写

可选择MPI和单处理器串行快速傅立叶变换

它可以通过新的特性和功能轻松扩展

只需要运行一个输入脚本

定义和使用变量和方程有完整语法规则

运行期间有严格的循环控制规则

只用一个输入脚本就可以同时实现一个或多个模拟任务

粒子和模拟的类型:

原子

粗颗粒

全原子聚合物，有机分子，蛋白质，DNA，

结合原子聚合物或有机分子

金属

颗粒材料

粗粒度细观模型

扩展球形和椭圆形粒子

点偶极粒子

刚性粒子

以上所有混合类型

力场:

二维和三维系统

法向角度或非法向角度模拟空

恒定NVE、NVT、不扩散条约、NPH积分器

可以为原子组和几何区域选择不同的温度控制器

有鼻/胡佛和贝伦森压力控制器来控制系统的压力

模拟受精卵的变形

无伞约束力

刚体约束

摇摆键和键角度约束

各种边界环境

非平行超分子动力学NEMD

各种附加边界条件和约束

积分器:

速度-垂直积分器

布朗积分器

RRESPA继承延时积分器

刚体积分器

共轭梯度能量最小化或最大波束下降算法

输出:

热力学信息日志

原子坐标、速度和其他原子量信息的文本转储文件

二进制重启文件

每个原子量包括:能量、压强、中心对称参数、CAN等。

用户定义的系统宽度或每个原子的计算信息

每一个原子的平均时间用空

系统宽度的时间平均值

原子图像，XYZ，XTC，DCD，CFG格式

数据的预处理和后处理:

软件包中提供了一系列预处理和后处理工具

此外，您可以使用独立发布的工具组pizza.py，它可以设置LAMMPS模拟并将其分为

分析、绘图和可视化。

特色:

实时可视化和交互式多维仿真

结合有限元方法的原子连续体模拟

POEMS库中提供了刚体集成工具

平行灭火

并行复制动力学

对低密度液体直接使用蒙特卡罗模拟

围动力的介观模拟

目标和非目标分子动力学

双温电子模型

LAMMPS不具备的功能:

由于LAMMPS是一个集成牛顿运动方程的工具，许多必要的数据预处理和后处理功能都超出了LAMMPS的核心。原因是:

保证LAMMPS的紧凑性

预处理和后处理不能并行操作

这些功能可以用其他工具来完成

原始代码开发的局限性

特别是，LAMMPS不能:

通过图形用户界面工作

创造一个分子系统

自动添加力场系数

为多维模拟提供智能数据分析

多维可视化

绘制输出数据

我们需要为LAMMPS输入一系列的原子类型、原子坐标、分子拓扑信息以及所有原子和键的力场参数。LAMMPS不会自动为我们创建分子系统和力场参数。

对于原子系统，LAMMPS提供creat-atoms命令将原子添加到固体晶格中。可以通过paircoff，bondcoeff，anglecoff等添加几个力场参数。对于分子系统或更复杂的模拟系统，我们通常使用其他工具来创建或转换LAMMPS输出文件来做这些事情。有些人会编写自己的代码来完成这项任务。

对于一个复杂的分子系统，我们需要提供上面的拓扑信息和力场参数。因此，我们建议使用CHARMM或AMBER或其他分子建模器来完成这些任务，并将它们输入到一个文件中。然后，改变其格式，达到LAMMPS允许的输入格式。

同样，LAMMPS的输出文件是简单的文本格式，我们可以使用其他工具来更改这些格式。

我们可以使用以下软件来完成高质量的视觉工作:

veterinariae medicinae doctor 兽医学博士

AtomEye

Pymol

光栅3d

RasMol

最后，以下也是免费的分子动力学软件包，大部分是并行的，可能也适合你的研究工作，当然也可以和LAMMPS一起使用完成模拟工作。

CHARMM

琥珀

NAMD

NWCHEM

DL_POLY

修补

CHARMM、AMBER、NAMD、NWCHEM、Tinker是专门用来模拟生物分子的。

第二，开始

本节主要描述如何创建和运行LAMMPS。

1.LAMMPS中发布的包包括:

自述文件

许可证

工作台:测量任务

文档:文本

示例:简单的测试任务

潜力:嵌入原子方法和力场文件

Src:源代码

工具:预处理和后处理工具

如果你下载一个windows可执行文件，你只有一个文件，Lmp-windows.exe

2.编译LAMMPS

以前的工作:

编译LAMMPS并不是一个乏味的任务。首先，你可能想写一个makefile，在里面你要选择编译器，附加一些要用的库，等等。提前安装MPI或FFT等库。

编译可执行的LAMMPS:

SRC目录包含C++源文件和头文件。当然，它还包括一个高级Makefile。make目录中有几个低级MAKEfiles。*文件有不同的平台。进入SRC目录，输入make或gmake，你会看到一个选项列表。如果其中一个适合您的机器，您可以输入如下命令:

制作linux

Gmake mac

请注意，您可以在多处理器或多核处理器平台上并行编译，并且可以在make命令中使用“-j”选项，这样编译速度会更快。

如果这个过程没有错误，可以得到一个类似lmp-linux的可执行文件。

编译过程中会出现的常见错误:

如果编译过程中出现错误，并且系统提示您找不到具有通配符*名称的文件，这意味着您

机器上的make允许在makefile中使用通配符。然后用gmake。如果不起作用，请尝试添加-f选项并使用Makefile.list作为make对象。例如:

制作makelist

make–f makefile . list Linux

gmake–f makefile . lst MAC

当您使用低级makefile时，由于机器设置不正确，可能会导致一些错误。如果你的平台叫“foo”，你会创建一个MAKEfile。make目录中的foo。从机器附近的任何文件开始总是一个不错的选择。

如果您在链接时丢失了库或依赖关系，可能是由于:

您编译的包需要一个额外的库，但所需的包库不是预先编译的。

您要链接的库在您的系统中不存在。

您没有连接到必要的系统库

当后两个问题出现时，您需要修改您的低级makefile.foo。