LAMMPS手册中文版讲解.docx
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LAMMPS手册中文版讲解
LAMMPS手册-中文解析之袁州冬雪创作
一、简介
本部分大至先容了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,他可以摹拟液体中的粒子,固体和汽体的系综.他可以采取分歧的力场和鸿沟条件来摹拟全原子,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,这其中当然包含分布式和共享式并行机和Beowulf型的集群机.
LAMMPS是一可以修改和扩大的计算程序,比方,可以加上一些新的力场,原子模子,鸿沟条件和诊断功能等.
通常意义上来讲,LAMMPS是根据分歧的鸿沟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停止积分.高效率计算的LAMMPS通过采取相邻清单来跟踪他们临近的粒子.这些清单是根据粒子间的短程互拆力的大小停止优化过的,目标是防止部分粒子密度过高.在并行机上,LAMMPS采取的是空间分解技术来分配摹拟的区域,把整个摹拟空间分成较小的三维小空间,其中每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而且存储每个小空间鸿沟上的”ghost”原子的信息.LAMMPS(并行情况)在摹拟3维矩行盒子而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战略
摹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)
可以方便的为之扩大上新特征和功能
只需一个输入剧本便可运行
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节制都有严格的规则
只要一个输入剧本试便可以同时实现一个或多个摹拟任务
粒子和摹拟的类型:
(atomstyle饬令)
原子
粗粒化粒子
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
粒子资料
粗粒化介观模子
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:
(饬令:
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)
分歧理势能:
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
可以采取GPU加速的成对类型
杂化势能函数:
multiplepair,bond,angle,dihedral,improperpotentials(多对势能处于更高的优先级)
原子创建:
(饬令:
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:
(饬令:
fix)
二维和三维体系
正角或非正角摹拟空间
常NVE,NVT,NPT,NPH积分器
原子基团与几何区域可选择分歧的温度节制器
有Nose/Hoover和Berendsen压力节制器来节制体系的压力(任一维度上)
摹拟合子的变形(歪曲与剪切)
简谐(unbrella)束缚力
刚体约束
摇摆键与键角约束
各种鸿沟环境
非平行太分子动力学NEMD
各种附加鸿沟条件和约束
积分器:
Velocity-verlet积分器
Brown积分器
rRESPA继承时间延化积分器
刚体积分器
共轭梯度或最束下降算法能量最小化器
输出:
(饬令:
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算信息
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格式
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工具
别的,可使用独立发行的工具组pizza.py,它可以停止LAMMPS摹拟的设置,分析,作图和可视化工作.
特别功能:
实时的可视化与交互式MD摹拟
与有限元方法连系停止原子-持续体摹拟
在POEMS库中提供了刚体积分工具
并行裉火
并行复制动力学
对低密度液体直接使用MC摹拟
Peridynamic介观建模
方针型与无方针型分子动力学
双温度电子模子
LAMMPS不具有的功能:
由于LAMMPS是对牛顿运动方程积分的工具,所以很多需要的数据前处理与后处理功能是LAMMPS核心不具有的.其原因为:
包管LAMMPS的小巧性
前处理与后处理不克不及停止并行运算
这些功能可以有其它工具来完成
原代码开辟的局限性
特别地,LAMMPS不克不及:
通过图形用户界面来工作
创建分子体系
自动的加上力场系数
为MD摹拟提供智能化的数据分析
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,分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分子体系与力场参数.
对与原子体系,LAMMPS提供了creat-atoms饬令来为固态晶格加上原子.可以能过paircoeff,bondcoeff,anglecoeff等命来加上小数目标力场参数.对于分子体系或更复杂的摹拟体系,我们通常会用其它工具来创建或者是转换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.
对于一个复杂的分子体系(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或其它的分子建模器来完成这些任务,并把之输到一个文件中去.然后,改变其格式以达到LAMMPS所允许的输入格式.
同样,LAMMPS的输出文件是一种简单的文本格式,我们也可以通过其它的工具来换专这些格式.
我们可以用以下几个软件来完成高质量的可视工作:
VMD
AtomEye
Pymol
Raster3d
RasMol
最后要说一下的是,以下这些也是自由分子动力学包,它们大多数是并行的,能够也适合来完成你的研究工作,当然也可以与LAMMPS结合起来使用以完成摹拟工作.
CHARMM
AMBER
NAMD
NWCHEM
DL_POLY
Tinker
CHARMM,AMBER,NAMD,NWCHEM,Tinker是专们用于摹拟生物分子的.
二、开端
本部分主要描绘如何创建和运行LAMMPS.
1.在LAMMPS发行包理含有:
README
LICENSE
Bench:
测式任务
Doc:
文本
Examples:
简单的测试任务
Potentials:
嵌入原子方法与力场文件
Src:
源代码
Tools:
前处理与后处理工具
假如你下载的是windows可执行文件的话,你外面只有一个文件(并行与非并行两种)
L
2.编译LAMMPS
之前的工作:
编译LAMMPS不是一个繁琐的工作.首先你能够要写一个makefile文件,外面要选择编译器,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目次外头含有C++源文件和头文件.当然也包含一个高水平的Makefile,在MAKE目次外头有几个低水平的Makefile.*files分别适有分歧的平台.进入SRC目次,输入make或gmake,你将会看到一列的可选项.假如其中有一种符合你的机器,你可以输入像下面一样的饬令:
Makelinux
Gmakemac
注意,在一个多处理器或多核处理器的平台上你可以停止平行编译,在make饬令中使用“-j”选项便可以,这样编译起来会更快一些.
在此过程中不发生错误的话,你可以得到一个近似于lmp-linux的可执行文件.
在编译过程当中将会发生的罕见错误:
(1)如果编译过程当中发生错误,并提示不克不及找到一个含有通配符*为名的文件的话,说明你机器上的make器允许makefile中使用通配符.那就偿式使用gmake.如还不成的话,就试试加入-f选项,用Makefile.list作为make对像.如:
Makemakelist
Make–fmakefile.listlinux
Gmake–fmakefile.lstmac
(2)当你使用低水平的makefile时,能够由于对机器的设置不正确,会导致一些错误.假如你的平台叫“foo”,的话,你将要在MAKE目次中创建一个Makefile.foo.使用任何一个与你机器相近的文件作为开端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,能够是由于:
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.
没有毗连到需要的系统库
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,这一行将会出现在屏幕上,如果你只输入make饬令的话.
(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.
如过在编译过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变的时候可以加快编译速度.有些编译器不克不及创建依赖关系列表,或者你可以用选项—D来实现.G++可使用-D.如果你的编译器不克不及创建依赖关系文件的话,那末你就需要创建一个Makefile.foo来与Makefile.storm(它用一系列的不需要依赖文件的规划)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.
如你要停止并行计算的话,那末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,你可让这三个变量空着,如你不必MPICC的话,那末,你要指定MPI.h(MPI_INC)文件在哪,MPI(MPI_PATH)库在哪,还有库名(MPI_LIB).
如果你想自已装置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,你的供应商已经为你装上了MPI,其能够比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器上运行的话,你可以用STIBS库,这样你便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目次中,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外一个计时器,要注意的是,clock()函数在一个小时之后会归0,所以对于一个长时间的LAMMPS摹拟来讲这是不敷用的.
CFTT变量用于指定FFT库,当要用到kspace-style饬令来计算长程库伦作用时使用PPPM选项时要用到.
要使用此选项,你必须要在你的机器上装置一个一维的FFT库.可以能过开关—DFFT—XXX来指定,其中XXX=INTEL,DEC,SGI,SCSL,或FFTW.没有法子的情况下可以用供应商提供的库.FFTW是一个疾速的,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库时只要用./configure;make便可以.不任你是用哪种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变量你可以忽略,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.所有这些包都的的称号都将会是SYSLIB和SYSPATH变量的前辍.SYSLIB变量将列出系统库.SYSPATH则是途径,只有当这些库为非默许途径时才有设定.
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目次下输入下面其中一个饬令便可以了
Makefoo
Gmakefoo
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目次下为多平台编译LAMMPS.每个方针都有他自已的方针途径,Obj_name用于存贮指定系统的方针文件.
(2)清理
输入makeclear-all或makeclean-foo将会清理LAMMPS在编译时创建的方针文件.
(3)为windows编译LAMMPS
在LAMMPS下载页面上可以下载已经编译好了的windows可执行文件.
如已经编译好了的windows可执行文件不克不及知足你的要求的时候,你可以在windows平台上从源文件编译LAMMPS.但是不建义这么做.见./src/MAKE/Windows.
3如何有选择性的编译LAMMPS
加入/剔除包
在LAMMPS编译之前可以加入或剔除所有或部分包.
只有两种况下是列外,GPU和OPT包.这此包中相互关联的包必须包含在一起.如果不是这样,那末在GPU和OPT子目次下的所有包都不克不及装置.要装置GPU包里的全部文件,asphere包须装置.要装置OPT下的所有文件,那末kspace与manybody包须首先装置.
当然,由于某些摹拟用不到其中的某些包,那末你想把这些包剔除这是可以的.这样你便可以不必编译一些额外的库,当然你的可执行文件也将会更小,运行起来也会更快.
默许情况下,LAMMPS只包含kspace,manybody,molecule这三个包.
可以通过如makeyes-name,makeno-name来加入和剔除一些包,当然你也可以用makeyes-standard,makeno-standard,makeyes–user,makeno-user,makeyes-all,makeno-all加入或剔除各种包.Makepackage可以看到多个选项.
3运行LAMMPS
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