# 脚本入门

提示

本节教程定位到手册的5.1-5.3节

  • LAMMPS的脚本语法风格是类UniX风格;
  • LAMMPS逐行读取并执行脚本,直到某些命令启动计算;
  • 因此很多设定命令都是无所谓先后的,但:
  • 有些命令只有在特定的命令后才会生效;
  • 有些命令依赖于上一个命令中的设定值。

# 语法规则

LAMMPS命令大小写敏感;脚本的每一行将会是一条指令; 所有的命令都为小写,因此可以使用大写作为ID。

  1. LAMMPS命令大小写敏感;
  2. 脚本的每一行将会是一条指令;
  3. 所有的命令都为小写,因此可以使用大写作为ID。
  4. 若一行开头字符为#, 本行将会被认为是注释而被忽略;
  5. 与Unix相似,$${}都表示变量。区别在于,单后只能跟一个**字母**,`{}`其中允许单词和表达式;
variable X equal (xlo+xhi)2+sqrt(v_area)
region 1 block $X 2 INF INF EDGE EDGE # 单$用法
1
2

$()将立刻解释括号中的数学表达式,或者是用于C语言风格的格式控制。

上式等价于:

region 1 block $((xlo+xhi)2+sqrt(v_area)) 2 INF INF EDGE EDGE # $()用法
print "Final energy per atom: $(pe/atoms:%10.3f) eV/atom" # 格式控制
1
2

任何形式的$都不允许嵌套, 以下将不被允许:

print    "B2 = ${$x-1.0}"
1

但是可以用v_ v变量代替:

print    "B2 = $(v_x-1.0)"
1
  1. 与其他编程语言相似,标识符间使用空格隔开;
  2. 一行第一个单词为命令名,其后的所有单词均为参数;
  3. 若一条命令过长需要换行,于行末添加&,LAMMPS会将本行于下一行视为同一行;单引号'与双引号"包裹的一串单词被视为一个参数。三引号"""包裹的多行被视为一个参数,此时不需要&作为换行符。

# 脚本结构

一个LAMMPS input script通常分为四部分:

  1. Initialization;
  2. System definition;
  3. Settings;
  4. Running;

系统的定义和初始化部分通常仅需说明一次,而过程设置可以重复多次;如在定义好体系后,设置,计算,修改设置,再运算。以下会给出常用的参数,其他大量的功能请到手册中查询。

# Initialization 初始化

定义与系统全局相关的参数,如:

  • units
  • dimension
  • boundary
  • atom_style
  • bond_style
  • pair_style
  • dihedral_style

# System definition 系统设定

读取构建的模型数据,或读取restart文件,或使用内置明令构建简单模型:

  • read_data
  • read_restart
  • lattice, region, create_box, create_atoms

# Settings 设置

设定系统全局的温度,压力等,设定系统局部的受力,限制等;使用计算命令输出参数等。

  • pair/angle/dihedral/improper_coeff
  • special_bonds
  • neighbor
  • fix
  • compute

# Running 开始计算

  • minimize
  • run

# 数据文件格式

提示

本小节教程定位到手册的Commands-read_data-Format of a data file一节。

data文件指由别的软件建立好,供LAMMPS读取的关于粒子坐标,拓扑等信息的文件,由*开头(header)主体(body)*组成,并不固定。即,有一些参数,如势函数的值,既可以在data文件中提供,也可以在input文件中提供。

data文件的开头部分。data文件第一行必须是由#开头的注释,注释内容不定。接下来会逐行解读系统信息。如“lo/hi”指定盒子尺寸,“dimension”指定维度,“boundary”说明边界条件等。

data文件的主体部分,展示了导入软件的模型信息,包括粒子坐标,键接信息,键角信息等。

# 举个栗子

这是一个简单的高分子拉伸模拟,我们以其中的弛豫部分为例,讲解LAMMPS脚本结构

# Initialization
units		real   # 指定系统采取的单位
boundary	p p p   # 指定边界条件
atom_style	molecular   # 指定粒子类型

# Data reading
read_data	polymer.data   # 读入模型信息

# Setting->Atom definition
bond_style      harmonic   # 类型
bond_coeff	1 350 1.53   # 势函数参数
angle_style     harmonic  
angle_coeff	1 60 109.5
dihedral_style	multi/harmonic
dihedral_coeff	1 1.73 -4.49 0.776 6.99 0.0
pair_style	lj/cut 10.5
pair_coeff	1 1 0.112 4.01 10.5

#####################################################
# Setting->system definition
velocity 	all create 500.0 1231   # 给定初始化速度
fix		1 all npt temp 500.0 500.0 50 iso 0 0 1000 drag 2   # 设置NPT系综,设定温度
thermo_style	custom step temp press
thermo          100   # 输出热力学参数
timestep	0.5   # 时间步长
run		50000   # 运行总步数
unfix 1   # 取消设定
unfix 2
write_restart 	restart.dreiding2   # 输出重启文件
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由此我们可以看出,既然脚本是逐行解释,那么我们只需要按照正常的思路给出相应的参数即可。至于通过什么命令,命令怎么使用,把手册当成字典就好了。

那么我们再来看Data(部分)。LAMMPS为了使原子和类型等之间区分,将所有的类型都映射成整数的id,那么我们就得到atom id,molecule id,type id等用整数表示的

# Model for PE   # 描述,不可少

     10000     atoms   # 原子总数
      9990     bonds   # 键总数
      9980     angles   # 键角总数
      9970     dihedrals    # 二面角总数

         1     atom types   # 原子类型数
         1     bond types
         1     angle types
         1     dihedral types

    0.0000   80.0586 xlo xhi   # 盒子的起止位置,指明大小
    0.0000   80.0586 ylo yhi
    0.0000   80.0586 zlo zhi

Masses   # 原子质量:

         1          14.02

Atoms   # 原子信息:atom-id molecule-id type-id x y z

         1         1         1    8.6550   61.6668    5.4094
         2         1         1    8.6550   60.5849    6.4912
         3         1         1    7.5731   59.5030    6.4912
         4         1         1    6.4912   60.5849    6.4912

Bonds    # 键接信息:bond-id,bond-type,id为1的原子和2相连

         1         1         1         2
         2         1         2         3
         3         1         3         4

Angles   # 键角信息

         1         1         1         2         3
         2         1         2         3         4

ihedrals    # 二面角信息

         1         1         1         2         3         4
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由此,我们介绍完了input和data的格式,通过举一反三,可以宏观上对软件的操作有所了解。至于如何配置input文件,取决于各位设计的实验和需要计算的参数;至于如何生成有着成百上千原子的data文件,这个就是LAMMPS的局限了,我们需要其他的软件来做这件事。