LAMMPS手册中文讲解

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。

LAMMPS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”ghost”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 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-Weber, 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：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：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, angle, dihedral, improper potentials(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, 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，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：