lammps建模案例分享及详解

1.石墨烯自动卷曲到Fe纳米线

#初始参数设置
units                 metal                          #单位
dimension             3                              #维度
boundary              s s s                          #边界条件，s非周期性收缩
atom_style            atomic                         #原子类型
neighbor              0.3 bin                        #邻居列表
neigh_modify          delay 0
timestep              0.001                          #时间步长

#模型建立
region                box block 0 200 0 60 -5 70 units box          #定义box区域
create_box            2 box                                         #设置box区域1种原子
lattice               bcc 2.8665                        #Fe晶格
region                Fe cylinder y 15 15 10 0 60 units box        
#定义Fe区域，轴线为y轴，坐标(15,15)，半径10，边界范围0-60
create_atoms          1 region Fe                                  #Fe区域生成类型1原子

lattice               custom 2.4768 a1 1.0 0.0 0.0 a2 0.0 1.732 0.0 a3 0.0 0.0 1.3727 &
                           basis 0.0 0.33333 0.0 &
                           basis 0.0 0.66667 0.0 &
                           basis 0.5 0.16667 0.0 &
                           basis 0.5 0.83333 0.0                #自定义石墨烯晶格
region                graphene block 5 75 10 50 -1 3 units box       #定义graphene区域
create_atoms          2 region graphene                              #graphene区域生成类型2原子

#设置相对原子质量
mass                  1 55.845     #Fe
mass                  2 12.011     #C

#原子分组
group                 Fe region Fe                       #Fe原子组
group                 graphene region graphene           #石墨烯组

write_data            Fe_gp.data               #保存模型

#力场设置 
pair_style            hybrid eam/fs airebo 3.0 lj/cut 10      #混合势
pair_coeff            * * eam/fs Fe.eam.fs Fe NULL            #Fe-Fe
pair_coeff            * * airebo CH.airebo NULL C             #C-C
pair_coeff            1 2 lj/cut 0.048955 2.9897              #C-Fe

thermo                50                  #每50步输出
dump                  1 all atom 50 mini.xyz                #每50步保存原子信息
velocity              graphene create 300 878743            #设置石墨烯初始温度300K
fix                   1 Fe setforce 0 0 0                   #Fe原子组不受力
fix                   2 all nve                             #nve系综
run                   13000

2.铝/石墨烯复合物结晶

#初始参数设置
units              metal             #单位
dimension          3                 #维度
boundary           p p p             #边界条件
atom_style         atomic            #原子类型
neighbor           0.3 bin           #邻居列表
neigh_modify       delay 0  
timestep           0.002             #时间步长

#模型建立
region             box block 0 50 0 50 0 50 units box            #定义box区域
create_box         2 box                                         #设置box区域2种原子
lattice            fcc 4.0495                                    #Al晶格
region             Al block 0 50 0 50 0 50 units box             #定义Al区域
create_atoms       1 region Al                                   #Al区域生成类型1原子 

region             del block 5 45 5 45 23 26 units box           #定义待删除区域
delete_atoms       region del compress yes                       #删除原子，compress yes并对原子重新编号
lattice            custom 2.4768 a1 1.0 0.0 0.0 a2 0.0 1.732 0.0 a3 0.0 0.0 1.3727 &
                      basis 0.0 0.33333 0.0 &
                      basis 0.0 0.66667 0.0 &
                      basis 0.5 0.16667 0.0 &
                      basis 0.5 0.83333 0.0
region             graphene block 5 45 5 45 23 27 units box          #定义石墨烯区域
create_atoms       2 region graphene                                 #石墨烯区域生成类型2原子

#原子分组
group              graphene type 2                              #石墨烯原子组
group              Al type 1                                    #Al原子组

#设置原子质量
mass               1 26.9815385                   #Al
mass               2 12.011                       #C

write_data         Al_gp.data                     #保存模型

#力场设置
pair_style         hybrid lj/cut 8.5 eam/fs airebo 3.0                  #混合势
pair_coeff         1 2 lj/cut 0.04216 3.1764                            #Al-C
pair_coeff         * * eam/fs Al1.eam.fs Al NULL                        #Al-Al
pair_coeff         * * airebo CH.airebo NULL C                          #C-C

#能量最小化
thermo             100                                             #每100步输出
dump               1 all atom 10 mini.lammpstrj                    #每10步保存原子相关信息
min_style          cg                                              #使用cg法进行能量最小化
minimize           1e-15 1e-15 10000 10000                         #能量容差、力容差、最大迭代次数、最大评估次数
undump             1                                               #取消
reset_timestep     0                                               #设置当前步为第0步

#温度初始化
velocity           Al create 1200 8877423                           #Al原子初始温度1200K

#npt系综下弛豫
dump               1 all atom 1000 npt.lammpstrj                      #每1000步保存原子相关信息
fix                1 graphene setforce 0 0 0                          #设置石墨烯原子不受力
fix                2 all npt temp 1200 1200 0.2 iso 0 0 2            #所有原子恒温恒压
run                25000
undump             1                                                #取消
unfix              2
reset_timestep     0                                                #设置当前步为第0步 

#npt系综下降温结晶
thermo             1000                                        #每1000步输出
thermo_style       custom step temp ke pe press                #自定义输出
dump               1 all atom 1000 cold.lammpstrj              #每1000步保存原子相关信息
fix                2 all npt temp 1200 300 0.2 iso 0 0 2       #所有原子，降温1200K->300K，恒压
run                450000

3.Cu/Al焊接模拟

#基本参数设置
units               metal                 #单位制
dimension           3                     #维度
boundary            p p p                 #边界条件
atom_style          atomic                #原子类型
neighbor            2.0 bin               #邻居列表
neigh_modify        delay 0 every 5 check yes
timestep            0.001                 #时间步长

#建立模型
region              Al cylinder y 0 0 20 0 50 units box
#Al棒区域，圆柱体，y轴为轴线，圆心(0,0)，半径20，边界0-50
region              Cu cylinder y 0 0 20 65 115  units box
#Cu棒区域，圆柱体，y轴为轴线，圆心(0,0)，半径20，边界65-115
region              box union 2 Al Cu                        #Al棒和Cu棒区域合并box区域
create_box          2 box                                    #box区域2种原子

lattice             fcc 4.0495                                   #Al晶格
create_atoms        1 region Al                                  #Al区域填充类型1原子
lattice             fcc 3.6149                                   #Cu晶格
create_atoms        2 region Cu                                  #Cu区域填充类型2原子

#设置摩尔质量
mass                1 26.9815385          #Al
mass                2 63.546           #Cu

#划分边界区域
region              left block INF INF INF 10 INF INF units box         #左侧边界
region              right block INF INF 105 INF INF INF units box       #右侧边界

#力场设置
pair_style          eam/alloy                          
pair_coeff          * * al-cu-set.eam.alloy Al Cu

#原子分组
group               left region left                  #左侧边界原子组
group               right region right                #右侧边界原子组
group               boundary union left right             #边界原子组
group               mobile subtract all boundary          #subtract减去，中心原子组

write_data          Al_Cu.data                            #保存文件

#设置热力学输出
thermo             100                                     #每100步输出
thermo_style       custom step temp ke pe                  #自定义输出
thermo_modify      lost ignore                             #忽视丢失原子的警告

#固定左右边界
fix                01 boundary setforce 0 0 0               #边界原子不受力

#能量最小化
dump               1 all atom 10 mini.xyz                     #每10步保存原子相关信息
min_style          cg                                         #以cg法进行能量最小化
minimize           1e-15 1e-15 5000 5000                      #能量容差、力容差、最大迭代次数、最大评估次数
undump             1                                          #取消
reset_timestep     0                                         #设置当前步为第0步

#温度初始化
velocity           mobile create 300 789877                    #中心原子初始温度300K

#nvt系综下弛豫
dump               1 all atom 100 equ.xyz                        #每100步保存原子相关信息
fix                1 all nvt temp 300 300 0.1                    #所有原子恒温
run                10000
undump             1                                             #取消
unfix              1
reset_timestep     0                                             #设置当前步为第0步

#开始焊接，nve系综，焊接过程不需要控温
dump                1 all atom 100 weld_1.xyz                     #每100步保存原子相关信息
fix                 1 all nve                                     #nve系综
velocity            left set 0 2.5 0 units box                    #设置左侧边界原子速度
run                 10000
undump              1                                             #取消
unfix               1
reset_timestep      0                                              #设置当前步为第0步
velocity            left set 0 0 0 units box                       #左侧边界原子速度为0

#原子扩散
dump                1 all atom 100 weld_2.xyz                      #每100步保存原子相关信息
fix                 1 all nve                                      #nve系综
run                 100000

4.CuZr合金建模以及融化固溶结晶

#初始模拟系统设置
units                      metal                      #单位制
dimension                  3                          #维度
boundary                   p p p                      #边界条件
atom_style                 atomic                     #原子类型
neighbor                   2.0 bin                    #邻居列表
neigh_modify               delay 0 every 5 check yes
timestep                   0.001                      #时间步长

#建立盒子
region                     box block 0 20 0 20 0 38 units box            #定义box区域
create_box                 2 box                                         #box区域2种原子

#生成Cu块
lattice                    fcc 3.6149                     #Cu晶格
region                     Cu block 0 20 0 20 0 9 units box              #定义Cu区域
create_atoms               1 region Cu                                   #Cu区域生成类型1原子

#生成Zr块
lattice                    hcp 3.232                      #Zr晶格
region                     Zr block 0 20 0 20 9 38 units box             #定义Zr区域
create_atoms               2 region Zr                                   #Zr区域生成类型2原子

#设置原子质量
mass                       1 63.546                      #Cu
mass                       2 91.224                      #Zr

#设置eam势函数
pair_style                 eam/fs
pair_coeff                 * * Cu-Zr_4.eam.fs Cu Zr

#能量最小化
thermo                     1000                                  #每1000步输出
dump                       1 all atom 5 1mini.xyz                #每5步保存原子相关信息
min_style                  cg                                    #使用cg法进行能量最小化
minimize                   1e-15 1e-15 10000 10000               #能量容差，力容差，最大迭代次数，最大评估次数
undump                     1                                 #取消
reset_timestep             0                                 #设置当前步为第0步

#速度初始化
velocity                   all create 298 87955 rot yes dist gaussian               
#初始温度298K，rot yes角动量为零，dist gaussian高斯分布

#npt系综升温融化
fix                        1 all npt temp 298 3000 0.1 iso 0 0 1           #恒压，升温298K-3000K
dump                       1 all atom 5000 2npt_hot.xyz                    #每5000保存原子相关信息
run                        100000
unfix                      1                             #取消
undump                     1
reset_timestep             0                             #设置当前步为第0步

#nvt系综保温固溶
fix                        1 all nvt temp 3000 3000 0.1                     #恒温3000K
dump                       1 all atom 5000 3nvt_equ.xyz                     #每5000保存原子相关信息
run                        10000
unfix                      1                             #取消
undump                     1
reset_timestep             0                             #设置当前步为第0步

#npt系综降温
fix                        1 all npt temp 3000 298 0.1 iso 0 0 1           #恒压，降温3000K-298K
dump                       1 all atom 5000 4npt_cool.xyz                   #每5000保存原子相关信息
run                        100000
unfix                      1                             #取消
undump                     1
reset_timestep             0                             #设置当前步为第0步

#nvt系综弛豫
fix                        1 all nvt temp 298 298 0.1                          #恒温298K
dump                       1 all atom 5000 5nvt_equ.xyz                        #每5000保存原子相关信息
run                        100000

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