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lammps实例(5).pdf

lammps实例(5)

ddafff_769
2011-03-08 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《lammps实例(5)pdf》,可适用于高等教育领域

Project#熔化与凝固:氩铜铝铜和铝的熔化转变:对于铜和铝LAMMPS建立××的FCC晶格体系充分弛豫后利用NoseHover方法保持压强为零使体系从T=K开始加热直至发生熔化转变。下面是铜熔化的输入文件:#LAMMPSMeltCuorAlunitsmetal#单位指定为lammps里的金属类的单位长度为Å能量为eV。boundaryppp#周期性边界条件atomstyleatomic#原子模式variablexequal#定义变量x为初始温度latticefcc#Cu的晶格常数#latticefccregionboxblock#x,y,z各方向上的晶胞重复单元数也即区域大小createboxbox#将上述区域指定为模拟的盒子createatomsbox#将原子按晶格填满盒子timestep#步长fsthermo#每隔步输出热力学结果pairstyleeamalloy#选取Cu的EAM势作为模型paircoeff**jincopperlammpssetflCu#EAM势文件名称#pairstyleeamfs#paircoeff**AlFMeamfsAlneighborbinneighmodifyeverydelaycheckyes#velocityallcreate$xdistgaussianfixallnvt$x$xdrag#保持初始温度在NVT下弛豫#computeallpeatom#computeallkeatom#computeallcoordatom#dumpallcustomdumpatomidxsyszscccrun#运行步unfixfixallnpt$xxyzdrag#在NPT下加热至K#fixallnpt$xxyzdragrun#运行步对于铜其熔点为K但在我们的模拟中其在K附近发生一级相变比其平衡时熔点增大了。对于铝其熔点为K,在我们的模拟中其在K附近发生一级相变单位体积发生突变。其相对于平衡熔点增大了了。从铜和铝的熔化过热以及后面所涉及的氩的熔化过热与凝固过冷我们可以看出在利用分子动力学方法模拟熔化与凝固时往往会发生过热与过冷其值基本在之间。产生过热与过冷的因素基本上可以从热力学与动力学的方面阐述例如均匀形核而导致。铜在特定温度下的性质:利用LAMMPS建立××的FCC格子分别在KKKK和K下保持零外压弛豫得到在不同温度下原子运动的情况以及不同情况下的均方根位移。下面是LAMMPS的输入文件inmeltCutemp#LAMMPSMeltCutempunitsmetalboundarypppatomstyleatomicvariablexindexprint"Temperature=$xK"latticefccregionboxblockcreateboxboxcreateatomsboxtimestepthermopairstyleeamalloypaircoeff**jincopperlammpssetflCuneighborbinneighmodifyeverydelaycheckyesvelocityallcreate$xdistgaussian#初始化速度按高斯分布fixallnpt$x$xxyzdragcomputeallpeatomcomputeallkeatomcomputeallcoordatomrununfixfixallnvt$x$xdragdumpallcustomdump$xatomidxsyszscccthermofixallmsdmsdCu$xdat#输出msd文件runclearnextxjumpinmeltCutemp原子在不同温度下的运动T=KT=KT=KT=K均方根位移:模拟体系中的均方根位移可以通过如下公式求得:是指相应量的统计平均值均方根位移的量与原子的扩散系数存在对应的关系。当体系是固态时即体系温度处于熔点之下时均方根位移存在上限值而当体系处于液态时均方根位移呈线性关系而且其斜率与原子的扩散系数存在如下关系:在维体系中上式的应该被所取代。下图为T=K即体系处于液态时的均方根位移图。氩的熔化与凝固:LAMMPS中对氩取LJ约化单位其与国际单位制的转换如下:•mass=massorm•distance=sigma,wherex*=xsigma•time=tau,wheretau=t*=t(KbTmsigma^)^•energy=epsilon,whereE*=Eepsilon•velocity=sigmatau,wherev*=vtausigma•force=epsilonsigma,wheref*=fsigmaepsilon•temperature=reducedLJtemperature,whereT*=TKbepsilon•pressure=reducedLJpressure,whereP*=Psigma^epsilonforargon:mass=e(kg)sigma=e(m)epsilon=e(J)Kb=(e)tau=e(s)reducedLJtemperature=(K)reducedLJvelocity=(ms)reducedLJpressure=(Pa)氩的熔化转变:对于氩LAMMPS建立××的FCC晶格体系充分弛豫后利用NoseHover方法保持压强为零使体系从T=开始加热直至发生熔化转变。如下是输入文件inmeltAr#dLennardJonesmeltunitsljatomstyleatomicboundaryppp#processorslatticefccregionboxblockcreateboxboxcreateatomsboxmassvelocityallcreatetimestepdumpallxyzmeltxyzpairstyleljcutpaircoeffneighborbinneighmodifyeverydelaycheckyesthermofixallnptxyzdragrununfixthermofixallnptxyzdragrun在Tm=左右发生一级相变原子单位体积发生跃变而氩的平衡熔化温度约为Tm=故其在分子动力学方法模拟下过热约。氩的凝固转变:对于氩LAMMPS建立××的FCC晶格体系充分弛豫后利用NoseHover方法保持压强为零使体系从T=开始降温发生凝固转变直至温度降至附近。其下为输入文件inquench#dLennardJonesquenchunitsljatomstyleatomicboundaryppplatticefccregionboxblockcreateboxboxcreateatomsboxmassvelocityallcreatetimesteppairstyleljcutpaircoeffneighborbinneighmodifyeverydelaycheckyesthermofixallnptxyzrununfixdumpallxyzquenchxyzfixallnptxyzrun如下图所示在分子动力学模拟下氩在T=附近发生一级相变单位原子体积突然下降:相对与其平衡凝固温度Tm=约有左右的过冷。特定温度下的性质:利用LAMMPS建立××的FCC格子分别在T=下保持零外压弛豫得到在不同温度下原子运动的情况,以及不同径向分布函数和速度自相关函数。下面是LAMMPS的输入文件inmeltArtemp#dLennardJonesmelttempunitsljatomstyleatomicboundarypppvariablexindexlatticefccregionboxblockcreateboxboxcreateatomsboxmassprint"Temperature=$x"velocityallcreate$xtimesteppairstyleljcutpaircoeffneighborbinneighmodifyeverydelaychecknothermofixallnpt$x$xxyzrununfixfixallnvt$x$xcomputeallpeatomcomputeallkeatomcomputeallcoordatomdumpallcustomdump$xatomidxsyszscccrunclearnextxjumpinmelttemp径向分布函数:径向分布函数即是原子径向上的原子密度与体系总密度的比值函数(具体参见Project)。下图为四个温度下的氩体系的径向分布函数。可以发现在温度较低的情况下径向分布函数的峰比较尖锐各个峰所对应的径向值分别对应最近邻、次近邻等配位的位置随着温度的升高径向分布函数的峰变宽一些位置上的峰消失直至到达液相此时分布函数的值不再表示配位情况而是反映了此时其它原子相对于中心原子的位置的概率分布。  速度自相关函数:速度自相关函数的物理意义为原子某一时候的速度与其在初始时速度的函数关系如下(具体参见Project)Cv(t)=<vi()vi(t)>下图为个不同温度下的速度自相关函数。可以发现如下规律:随着时间的变大原子的速度基本上与初始值没有相关关系(即Cv(t)‐>)。另外随着温度的提高原子的振动幅度与频率上升自相关函数的第一个波谷深度变小而且到达无关速度所花费的时间减少。    

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