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分子動力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用”培訓(xùn)班大綱（第二十一期） 課 程 內(nèi) 容 第一天 上午LAMMPS基礎(chǔ)入門 1 LAMMPS的基礎(chǔ)入門——初識LAMMPS是什么？

在分子動力學(xué)模擬中，模型是計算的關(guān)鍵，雖然Lammps和MS中均提供了交聯(lián)功能，往往可能不適用于某些研究的聚合物體系，且還存在一定的普遍問題，如Lammps中直接采用fix bond/creat或fix bond/react命令進行交聯(lián)，會產(chǎn)生拓撲不一致的警告問題，這是由于周期性邊界條件的影響。

通過ATOMSK、lammps、MS等方式可以建立自己想要的合金或純金屬模型，比如以lammps建立NI： 此時Ni的結(jié)構(gòu)為FCC，默認按照初始元胞沿x方向復(fù)制40倍，y、z方向復(fù)制24倍。通過write_datas輸出文件到ovtio中進行觀察。 2.2.

整個分子動力學(xué)過程通過Lammps實現(xiàn)，其中部分壁面需要在MS中進行調(diào)整。

在lammps中位錯線的可視化提取可以觀測位錯的移動情況，但是無法得到文本數(shù)據(jù)，所以需要憑借編程程序進行提取。主要使用的是Julia對文本數(shù)據(jù)進行處理。而提取的主要依據(jù)就是晶格畸變參數(shù)，位錯的位置就是晶體晶格畸變參數(shù)明顯的原子組的定位，在lammps模擬過程中，我們添加了晶格畸變參數(shù)的計算，以便對數(shù)據(jù)文本的處理。提取后的效果是比較明顯的，模型中最后只留下了產(chǎn)生位錯的原子組合。

接下來我們以計算水的黏度為例子，用lammps中的周期擾動法計算其黏度。 圖1.左圖為水分子系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)，右圖為經(jīng)過1ps的時間擾動之后的結(jié)構(gòu) 圖2.log.lammps文件輸出結(jié)果局部截圖圖2中，最后一列為黏度的倒數(shù)。經(jīng)過幾百ps時間之后，平均值會趨于一定定值。圖3展示的就是黏度的倒數(shù)平均值隨時間的變化。

模擬計算程序LAMMPS 簡介 LAMMPS即Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，是“大規(guī)模原子分子并行模擬器”的簡稱，主要應(yīng)用于與分子動力學(xué)相關(guān)的計算模擬工作。由美國Sandia 國家實驗室開發(fā)，所以任何人都可以免費得到并使用。

模擬過程中，首先在LAMMPS代碼中設(shè)置金屬單位制，并施加周期性邊界條件，并設(shè)定時間步長為0.001皮秒。兩個圓柱形單晶區(qū)域：Al區(qū)域的半徑為20 ?，高度為50 ?；Cu區(qū)域的半徑同樣為20 ?，高度為50 ?，并且位于Al區(qū)域的正上方。將這兩個區(qū)域合并，形成一個完整的模擬區(qū)域。

如下圖：aotmsk –create fcc 3.56 Ni Ni.xsfpolycrystal.txt腳本內(nèi)容如下:box 300 200 150random 16atomsk –polycrystal Ni.xsf polycrystal.txt Ni.cfgatomsk Ni.cfg lmp將創(chuàng)建的模型轉(zhuǎn)換成lammps可以識別的文件格式

關(guān)鍵詞：循環(huán)載荷；Cu單晶，塑性變形，位錯，lammps循環(huán)載荷是指在外力作用下，材料或結(jié)構(gòu)經(jīng)歷周期性應(yīng)力或應(yīng)變變化的現(xiàn)象。這種周期性變化通常是由于機械振動、疲勞測試、交變工作環(huán)境等因素引起的。循環(huán)載荷的大小和方向隨時間呈規(guī)律性變化，可以是正弦波、方波或其他形式的波形。循環(huán)載荷的影響一般采用應(yīng)力-應(yīng)變曲線或疲勞壽命實驗來確定。

2.2.模型描述對單晶鋁納米壓痕的分子動力學(xué)模擬通過原子/分子大規(guī)模并行模擬器(LAMMPS)實現(xiàn)，模擬結(jié)果采用OVITO進行可視化和晶體結(jié)構(gòu)缺陷分析，位錯運動由位錯提取分析方法（Dislocation extraction analysis，DXA）進行表征。圖1為FCC單晶鋁納米壓痕的分子動力學(xué)模擬模型，該模型由面心立方的單晶鋁樣品和半徑分別為40?的虛擬壓頭組成。

圖3初始模型采用LAMMPS進行分子動力學(xué)模擬時，將體系劃分為多個同心圓環(huán)，圓環(huán)的軸心沿著z方向，坐標（x,y）為納米水滴質(zhì)心坐標，圓環(huán)在z方向的切塊厚度dz為1?，在xy平面內(nèi)的最小半徑為1?，最大半徑為盒子邊長的一半，并劃分為該數(shù)目的小塊，運算過程中統(tǒng)計每個小圓環(huán)體內(nèi)的水分子數(shù)密度，統(tǒng)計完成后計算出每個小體積元內(nèi)水的密度，并以液滴底面的中心點為起始點由遠及近地統(tǒng)計不同半徑和不同高度的液滴密度

整個分子動力學(xué)過程通過Lammps實現(xiàn)，其中部分壁面需要在MS中進行調(diào)整。

二 模型描述 對藍寶石（Al2O3）拋光的分子動力學(xué)模擬通過原子/分子大規(guī)模并行模擬器(LAMMPS)實現(xiàn)，模擬結(jié)果采用OVITO進行可視化和材料去除分析。圖1為單晶Al2O3的拋光分子動力學(xué)模擬模型，該模型由Al2O3樣品、半徑為20Å的虛擬壓頭以及15Å的水膜組成。

dump_modify 2 sort idfix 2 all nvt temp 2000 2000 100.0 #2000K溫度下裂解fix 3 all reax/c/bonds 4000 Tire.bonds.connectfix 4 all reax/c/species 1 1 4000 species.txt element O C H run 100000 運行（建議裝lammps

關(guān)鍵詞：lammps模擬，裂紋擴展，拉伸，單晶鋁，ovito隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們的注意力逐漸從宏觀物體轉(zhuǎn)向微觀物體。由于納米晶體金屬及合金材料具有優(yōu)越的物理、化學(xué)、力學(xué)特性，越來越受到人們的重 視，但是材料的缺陷嚴重影響著人們的安全，所以研究裂紋的擴展機制成為一項重要的研究課題。 由于裂紋擴展在原子尺度上進行，目前傳統(tǒng)的宏觀連續(xù)介質(zhì)力學(xué)已經(jīng)無法滿足材料微觀尺度變形機理的研究。

MS，LAMMPS，GROMACS均可以實現(xiàn)，這里介紹LAMMPS，GROAMCS流程。

MS，LAMMPS，GROMACS均可以實現(xiàn)，這里介紹LAMMPS，GROAMCS流程。

一區(qū)Script Materialia期刊：多主元素合金中的短程有序域擴散一文，研究了CrCoNi合金和MoNbTa合金中原子的擴散過程，文中有出現(xiàn)如下圖所示的原子運動軌跡線。這種原子運動軌跡線我們在研究擴散過程中常常會用到。圖參考自：Bin Xing, Xinyi Wang, William J. Short-range order localizing diffusion in

熔化介紹：熔化是指由固態(tài)到液態(tài)的相轉(zhuǎn)變，即晶體從固態(tài)的長程有序轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的長程無序結(jié)構(gòu)的過程，也是材料科學(xué)研究中的一個重要相變過程。人們對固體熔化展開了大量深入研究，提出了不同的熔化模型，對熔化的認識也不斷提高。研究熔化的主要方法包括實驗方法和理論方法。熔化溫度計算方法：理論方法主要是采用一些方法計算或模擬熔化過程，從而提出熔化模型，這些計算方法包括分子動力學(xué)、蒙特卡洛