【免费】分子动力学模拟及其LAMMPS实现-讲义.pdf_分子动力学模拟碳纳米管拉伸应力应变曲线资源-CSDN文库

需积分: 0 146 浏览量 2022-05-21 17:41:01 上传评论 6 收藏 1.92MB PDF 举报

资源推荐

资源详情

资源评论

添加微信：baolu_yao，进入微信群，帮助他人，共建社区 

 
分子动力学模拟及其 LAMMPS 实现 
鲍路瑶 
（添加微信：baolu_yao，进入微信群，帮助他人，共建社区） 
（课程尚未完成，持续更新中） 
声明：本教程及其附带的讲解视频和脚本都是免费的！如果你觉得本教
程有用请免费分享给他人！ 
目录 
前言 ..........................................................................................................................................................................2 
 分子动力学基础 .............................................................................................................................................5 
1  原理.........................................................................................................................................................5 
2  势能.........................................................................................................................................................8 
3  温度、压强 ........................................................................................................................................ 20 
Linux 系统常见命令和操作 ..................................................................................................................... 21 
LAMMPS 介绍和并行版安装（Linux 版） ...................................................................................... 22 
LAMMPS 模拟基本流程 .......................................................................................................................... 24 
 建模和后处理软件概述 ............................................................................................................................ 36 
 出错解决思路............................................................................................................................................... 42 
 专题一：纳米流动 ..................................................................................................................................... 44 
 专题二：纳米流体 ..................................................................................................................................... 53 
 专题三：润湿............................................................................................................................................... 53 
1 建模 ....................................................................................................................................................... 53 
 专题四：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切 ..................................................................................... 59 
 专题五：传热 ............................................................................................................................................ 60 
 专题六：粘度和扩散 .............................................................................................................................. 60 
 专题八：摩擦和磨损 .............................................................................................................................. 60 
 专题九：反应分子动力学 ReaxFF .................................................................................................... 60 
 专题十：耗散粒子动力学 ..................................................................................................................... 60 
 专题十一：自由能 ................................................................................................................................... 60 
 专题十二：原子沉积和镀膜 ................................................................................................................ 60 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

添加微信：baolu_yao，进入微信群，帮助他人，共建社区

前言

分子动力学模拟在科研中的使用越来越广泛。LAMMPS 作为分子动力学中

一款优秀的开源软件，使用率非常高。大量高水平的论文都是采用 LAMMPS 完

成的，其中不乏 Nature，Science，PRL，JACS，Nature Communication，PNAS 等

顶刊。但是对于零基础的同学，特别是本科生和低年级硕士生，LAMMPS 的学

习曲线还是比较陡峭的。很多同学都是课题组内第一个使用分子动力学模拟和

LAMMPS，其困难可想而知。如果能有一个针对 LAMMPS 的系列教程对学生掌

握这个工具会大有裨益。本教程就是希望能够在学生使用 LAMMPS 初期降低学

习难度，少走弯路，快速上手，将自己的精力集中在具体的科学问题上，而不是

软件的学习上。本教程假设你之前对 Linux，分子动力学和 LAMMPS 一无所知，

从头开始讲，因此比较浅显，并未就某些问题进行深入介绍（其实是深入的我也

不会，哈哈）。

我将分子动力学研究科学问题分为三个部分：软件使用，分子动力学理论，

科学问题发现。如果把分子动力学比作武林，那么软件的使用仅仅是招式，分子

动力学理论则是内功心法，而科学问题则是对手。要想成为一名武林高手，在江

湖上闯出一番事业，既要熟练掌握各种招式，也要有很深的内功修为，同时也要

有一些值得尊敬的对手。只有用深厚的内功催动精妙的招式，才能打败可敬的对

手，受到江湖传颂。本教程只是 LAMMPS 的使用教程，它会教给你使用 LAMMPS

的一招一式，但要将招式练得熟练，还需要自己在科研中积累大量模拟经验。而

内功心法的修炼则需要长时间的学习经典教材和文献。好的对手必须要广泛阅读

文献，与导师深入沟通确定具有很好学术价值的科学问题。那么有没有一种方法

像武侠小说中的主角，掉下悬崖然后打通任督二脉，迅速成为高手。答案是当然

是没有的。但是作为物理学分支，我推荐阅读《费曼物理讲义》第一卷，可以起

到类似的作用。总之，科研没有坦途，静心学习，努力思考必有所成。

“LAMMPS 即 Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，可

以翻译为大规模原子分子并行模拟器，主要用于分子动力学相关的一些计算和模

拟工作，一般来讲，分子动力学所涉及到的领域，LAMMPS 代码也都涉及到了。

LAMMPS 由美国 Sandia 国家实验室开发，以 GPL license 发布，即开放源代码且

可以免费获取使用，这意味着使用者可以根据自己的需要自行修改源代码。

添加微信：baolu_yao，进入微信群，帮助他人，共建社区 
3 
 
LAMMPS 可以支持包括气态，液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的
原子分子体系，并提供支持多种势函数。且 LAMMPS 有良好的并行扩展性。”—
—摘自百度百科。LAMMPS 的官网是 https://www.lammps.org/。在 LAMMPS 的
官网中有大量关于软件的信息，可以好好探索一番。有几个地方可以经常看看。
第一是 Publication 部分 https://www.lammps.org/papers.html，记录引用 LAMMPS
的所有文章，多看看对自己的研究有所启发。Maillist 部分
https://www.lammps.org/mail.html 是 LAMMPS 的支持社区。当你有问题的时候可
以检索 maillist，你遇到的问题别人也遇到过。所以查看开发者对这些问题的解
答。 
  如何学习 LAMMPS？你可以把本教程当做一个开始。LAMMPS 的手册中详
细介绍了软件的各个方面。一定要好好阅读手册。手册的前四章要认真阅读。经
常使用的命令也要仔细阅读。当你要实现某种功能的时候就把手册打开看看命
令。仔细阅读学习 LAMMPS 官方手册是成为 LAMMPS 高手的必经之路，阅读
学习一本分子动力学模拟经典教材是增加修为的关键。希望本教程能教会你
LAMMPS 的基本招式。祝你好运！ 
 
LAMMPS 官网推荐了几本分子动力学模拟教材： 
Books about Molecular Dynamics generally or LAMMPS specifically 
Note that these are not endorsements of particular books. We simply want to make the 
LAMMPS user community aware of them as potentially useful resources. 
General MD books: 
  Allen & Tildesley - Computer Simulation of Liquids 
  Frenkel  &  Smit  - Understanding  Molecular  Simulation:  From Algorithms  to 
Application 
  Griebel, Knapek, Zumbusch - Numerical Simulation in Molecular Dynamics: 
Numerics, Algorithms, Parallelization, Applications 
  Tuckerman - Statistical Mechanics: Theory and Molecular Simulation 
Books about LAMMPS specifically: 
  Mubin & Li - Extending and Modifying LAMMPS (see below) 