【脚本分享】LAMMPS 计算熔化温度：单相法 + 孔洞法 + 两相法

此脚本设置了一个简单的金属材料（铝）的系统，并使用嵌入原子法（EAM）势函数。根据输出的温度和能量数据，可以进一步分析和确定材料的熔化温度。请注意，根据具体材料和势函数的不同，实际使用的参数可能需要调整。如果你有具体的材料和势函数需求，建议查看相关的LAMMPS文档和示例文件以获取更详细的信息。使用LAMMPS计算熔化温度的两相法是一种常见的模拟技术，它利用固-液共存的方法来确定材料的熔点。孔洞方

nmrwxw

2513人浏览 · 2024-05-31 12:08:16

nmrwxw · 2024-05-31 12:08:16 发布

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分享3个关于LAMMPS 计算熔化温度：单相法 + 孔洞法 + 两相法的脚本。

注意：以下脚本均由GPT生成，至于是否合理还需自行验证。

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1. 单相法：用于计算材料的熔化温度。这个输入文件包含了初始化、结构设置、加热、热力学输出和熔化温度计算的基本步骤：

# LAMMPS input script for melting temperature calculation
# Initialize simulationunits metaldimension 3boundary p p patom_style atomic
# Create geometrylattice fcc 3.52region box block 0 10 0 10 0 10create_box 1 boxcreate_atoms 1 box
# Define interatomic potentialpair_style eampair_coeff * * Al_u3.eam
# Define settingsneighbor 2.0 binneigh_modify delay 10
# Define initial velocitiesvelocity all create 300.0 4928459 rot yes dist gaussian
# Equilibrationfix 1 all npt temp 300.0 300.0 1 iso 0.0 0.0 10.0timestep 0.001run 10000
# Heating to target temperaturefix 2 all npt temp 300.0 2000.0 1 iso 0.0 0.0 10.0run 20000
# Thermalize at target temperatureunfix 2fix 3 all npt temp 2000.0 2000.0 1 iso 0.0 0.0 10.0run 10000
# Output thermodynamic propertiesthermo 100thermo_style custom step temp press pe ke etotal
# Compute melting temperaturevariable t equal tempfix 4 all ave/time 1 100 100 v_t file temp.profilerun 20000
# Output atomic configurationsdump 1 all custom 1000 dump.melt.* id type xs ys zs

此脚本设置了一个简单的金属材料（铝）的系统，并使用嵌入原子法（EAM）势函数。它首先平衡系统，然后逐渐加热到目标温度，接着维持目标温度以观察其熔化行为。根据输出的温度和能量数据，可以进一步分析和确定材料的熔化温度。

请注意，根据具体材料和势函数的不同，实际使用的参数可能需要调整。如果你有具体的材料和势函数需求，建议查看相关的LAMMPS文档和示例文件以获取更详细的信息。

2. 两相法：使用LAMMPS计算熔化温度的两相法是一种常见的模拟技术，它利用固-液共存的方法来确定材料的熔点。下面是一个示例输入文件，演示了如何使用两相法计算熔化温度：

# LAMMPS input script for melting temperature calculation using the two-phase method
# Initialize simulationunits metaldimension 3boundary p p patom_style atomic
# Create geometry: define a region for solid and liquidlattice fcc 3.52region box block 0 20 0 20 0 40create_box 1 box
# Create solid regionregion solid block 0 20 0 20 0 20create_atoms 1 region solid
# Create liquid region above solidregion liquid block 0 20 0 20 20 40create_atoms 1 region liquid
# Define interatomic potentialpair_style eampair_coeff * * Al_u3.eam
# Define settingsneighbor 2.0 binneigh_modify delay 10
# Define initial velocities for solid (cold) and liquid (hot)velocity all create 300.0 4928459 rot yes dist gaussianregion solid region box block 0 20 0 20 0 20velocity solid set 300.0 4928459region liquid region box block 0 20 0 20 20 40velocity liquid set 2000.0 4928459
# Equilibrationfix 1 all npt temp 300.0 2000.0 1 iso 0.0 0.0 10.0timestep 0.001run 10000
# Thermalize at target temperatureunfix 1fix 2 all npt temp 2000.0 2000.0 1 iso 0.0 0.0 10.0run 10000
# Transition to melting temperature calculationunfix 2fix 3 all npt temp 1500.0 1500.0 1 iso 0.0 0.0 10.0run 10000
# Output thermodynamic propertiesthermo 100thermo_style custom step temp press pe ke etotal
# Compute melting temperaturevariable t equal tempfix 4 all ave/time 1 100 100 v_t file temp.profilerun 20000
# Output atomic configurationsdump 1 all custom 1000 dump.melt.* id type xs ys zs

解释说明：
    初始化模拟：        设置单位系统为 metal，3维模拟，周期性边界条件，原子风格为 atomic。
    创建几何结构：        使用 fcc 晶格，定义模拟盒 box 并创建固体和液体区域。        固体区域从 0 20 0 20 0 20，液体区域从 0 20 0 20 20 40。
    定义势函数：        使用 EAM 势函数 Al_u3.eam。
    设置初始速度：        为固体部分设定较低温度（300 K），为液体部分设定较高温度（2000 K）。
    平衡和热化：        逐步平衡系统，然后在目标温度下维持一段时间。
    过渡到熔化温度计算：        将温度调整到预测的熔点附近（1500 K），运行较长时间以观察系统的熔化行为。
    输出热力学性质和原子配置：        定期输出温度、压力、势能、动能和总能量等热力学性质，以及原子坐标数据。
注意事项：
    势函数和晶格参数需要根据具体材料调整。    初始化和运行的具体步骤和参数（如温度、压力等）需要根据实际需求调整。    dump 命令可以帮助输出原子配置信息以供后续分析。

3. 孔洞法：用于在LAMMPS中计算材料熔化温度的孔洞方法。孔洞方法涉及在材料中创建孔洞，并观察孔洞周围的原子行为来确定材料的熔化温度。

# LAMMPS input script for calculating melting temperature using the hole method
# Initializationunits metaldimension 3boundary p p patom_style atomic
# Create atomslattice fcc 3.615region box block 0 10 0 10 0 10create_box 1 boxcreate_atoms 1 box
# Define potentialpair_style eampair_coeff * * Al_u3.eam
# Define settingsmass 1 26.9815neighbor 2.0 binneigh_modify delay 10
# Minimize the system energyminimize 1.0e-4 1.0e-6 100 1000
# Equilibrate at desired starting temperaturevelocity all create 300 4928459 mom yes rot yes dist gaussianfix 1 all npt temp 300 300 0.1 iso 0 0 1.0run 10000
# Heat system to temperature above melting pointvelocity all scale 3000run 10000
# Quench system to desired temperaturefix 1 all npt temp 3000 1000 0.1 iso 0 0 1.0run 20000
# Create a hole in the systemregion hole sphere 5 5 5 3.0delete_atoms region hole
# Adjust simulation parameters for melting calculationunfix 1fix 1 all npt temp 1000 1000 0.1 iso 0 0 1.0
# Run longer simulation to ensure system equilibriumrun 50000
# Calculate and output thermodynamic datathermo 100thermo_style custom step temp pe ke etotal press
# Dump atom positions for visualizationdump 1 all custom 1000 dump.melt id type x y z
# Run the final simulation to calculate melting temperaturerun 100000
# End of script

解释
    初始化:        units metal: 设置单位为金属单位。        dimension 3: 设置为三维模拟。        boundary p p p: 周期性边界条件。        atom_style atomic: 设置原子风格。
    创建原子:        lattice fcc 3.615: 设置晶格类型和晶格常数。        region box block 0 10 0 10 0 10: 定义模拟区域。        create_box 1 box: 创建模拟盒。        create_atoms 1 box: 创建原子。
    定义势函数:        pair_style eam: 使用嵌入原子方法 (EAM) 势。        pair_coeff * * Al_u3.eam: 设置势函数文件。
    定义设置:        mass 1 26.9815: 设置原子的质量。        neighbor 2.0 bin: 设置邻居列表的生成方式。        neigh_modify delay 10: 设置邻居列表的延迟更新。
    最小化系统能量:        minimize 1.0e-4 1.0e-6 100 1000: 最小化系统能量。
    系统平衡:        velocity all create 300 4928459 mom yes rot yes dist gaussian: 初始化速度。        fix 1 all npt temp 300 300 0.1 iso 0 0 1.0: 使用NPT系综进行平衡。        run 10000: 运行10,000步。
    加热系统:        velocity all scale 3000: 将系统加热到3000K。        run 10000: 运行10,000步。
    冷却系统:        fix 1 all npt temp 3000 1000 0.1 iso 0 0 1.0: 将系统冷却到1000K。        run 20000: 运行20,000步。
    创建孔洞:        region hole sphere 5 5 5 3.0: 定义一个半径为3.0的球形孔洞。        delete_atoms region hole: 删除孔洞区域内的原子。
    调整参数进行熔化计算:        unfix 1: 取消之前的fix命令。        fix 1 all npt temp 1000 1000 0.1 iso 0 0 1.0: 固定温度在1000K进行熔化计算。        run 50000: 运行50,000步以确保系统达到平衡。
    输出数据:        thermo 100: 每100步输出一次热力学数据。        thermo_style custom step temp pe ke etotal press: 自定义输出的热力学信息。        dump 1 all custom 1000 dump.melt id type x y z: 每1000步输出一次原子位置数据。
    最终模拟:        run 100000: 运行100,000步以计算熔化温度。
注意事项
    需要根据具体的研究系统调整晶格常数和势函数。    使用的势函数文件 (如 Al_u3.eam) 需要在运行目录中。    模拟时间步长和运行步数应根据具体系统的特性调整。
此输入文件为计算熔化温度提供了一个基本的框架，具体细节可能需要根据实际情况进行调整。