CAE软件操作小百科（35）

收稿日期： 2016[KG*9〗11[KG*9〗30

作者简介： 席强（1994—），男，陕西汉中人，硕士研究生，研究方向为海水应力腐蚀机理，（Email）xiqiang@tongji.edu.cn1LAMMPS的Lattice命令

LAMMPS本身在建模方面是比较薄弱的，因此Lattice命令在LAMMPS建模中具有举足轻重的地位.Lattice可以建立大多数晶格模型，在金属、晶体、材料等相关领域的研究中使用比较频繁.

Lattice命令可以定义一个其他指令可以使用的晶格.在LAMMPS中，一个晶格是空间中简单的点集，由基本原子构成的可在三维空间中无限复制的晶胞（反映晶体对称性的最小重复单元，也称单胞）所组成.Lattice命令定义的晶格应用在2处：第一，在模拟盒子内部的格点上创建原子（可以为基本原子分配不同的原子类型）create_atoms command；第二，三维晶格中的晶格间距可以被其他命令，如create_box，region，velocity等，作为距离单元使用.

Lattice命令的决定参数.一个晶格由晶胞、晶胞内部的基本原子和变换参数（密度、平移规则、取向）决定.矢量a1，a2，a3是晶胞的棱矢量，在固态物理学里面用术语“基矢”来表示，应用时应基于此查找相关文献.在LAMMPS中不一定要用最小体积的原胞（最小的周期性重复单元）决定晶格参数，比如在peri/pmb等介观势函数力场下晶粒大于原胞体积，在某些情况下又由基本原子决定.

原胞类型要对应维度.晶格类型必须要与模拟的维度匹配.简单立方sc，体心立方bcc，面心立方fcc，六角密堆积hcp和金刚石diamond类型用于三维建模；四方sq，sq2 和六方hex类型用于二维建模；自定义custom类型既可以用于二维也可以用于三维建模.

Keyword的使用.origin选项指定在将单胞布置到模拟盒子中的时候，如何对其进行上浮或者平移.参数x，y，z是分数值（0≤（x，y，z）<1.0），意思是说按着相应方向上的晶格间距的分数值进行平移或者上浮.orient选项指定在将单胞布置到模拟盒子中的时候，如何对其进行旋转，其实是设置坐标轴放在哪个晶格方向上.所指定的3个晶格方向必须是相互正交并且满足右手定则的.spacing选项用来直接设置晶格间距，只在特殊情况下使用.

2LAMMPS中重叠原子的处理

如果随机给定初始条件，不可避免会产生原子重叠.模拟开始时必须把重叠原子推开，否则模拟无法进行.处理重叠原子和能量最小化有区别，因为推开原子不一定能量就最小.处理办法目前主要有以下3种.

（1）pair_style soft command加上small timestep， soft style可使原子坐标重叠力不会无穷大，再加上小的时间步，这样原子一次移动的距离不会太大（最好<0.1个单位），从而保证推开重叠原子.

（2）fix nve/limit command可通过限制最大移动距离来实现原子的分离，此办法对势能和时间步长没有特殊要求.

（3）minimize command可通过一定的算法使系统能量最小化，在某些时候可以用来推开重叠原子，一般用于周期性模拟盒子，而且系统中没有需要固定不动的原子.

相比较而言，较为常见的是minimize command，但有些时候还是会报错，所以这里推荐第二种办法，使用方便且命令自身对模拟系统没有特别的要求，较为通用.

3LAMMPS中的fix deform命令

一般地，fix deform命令用来改变体系形状从而模拟非平衡动力学，可以通过多种方法产生非平衡行为.这里抛开动力学问题不谈，介绍其用于系统建模时的技巧和特殊用处.

用fix deform来设置体系密度的命令如下

fix 1 all deform 1000 x final -50.0 50.0 y final -50.0 50.0 z final -50.0 50.0 units box

其原理在于通过改变系统的体积来改变系统的密度.使用final style对于精确设定系统体积很有帮助，在建立模拟体系时，如果体系只有单独一个，可以把边界设置好；也可以把初始的体系密度设置很大，然后利用这个命令改变到自己所要的密度上，从而不再从read.data中改变边界值（如果这样的话，对于跨边界的bond会出错）.这个技巧对于需要通过改变密度来模拟不同体系时非常方便，不用多次做初始化数据的工作.

在使用时需要注意以下几点.

（1）用命令改变长度时，一定要加上单位，最好不要默认，否则也可能出错.

（2）最好在开始时使用此命令来设定密度，因为改变密度后还有个趋平过程，如果中间改变的话，以前的模拟步数都要舍弃，这样会增加模拟的时间.

（3）此命令可能会使系统产生宏观速度，所以使用后最好用velocity command重新初始化速度.

（4）此命令是用从新标度原子的方法来变化坐标的，如果体系有刚性的物体或多个必须固定的原子，就不要用或者把这些原子先剔除，把其他的改变好后再放入体系.

4LAMMPS如何生成data文件

由于LAMMPS本身生成初始坐标文件的能力无法很好地适应不同的模拟方向，因而许多初始坐标要自己写成data文件.LAMMPS对读入的data文件有自己的格式要求，需要具備一定编程能力才能自主编写data文件，下面总结几种编写data文件的方法.

（1）仔细阅读手册中关于data文件的章节，明白data文件的格式及用法.先模拟例子中与自己领域相关的例子，用restart命令继续计算.restart文件通过工具文件夹中的restart2date工具转换成data文件，然后套用格式到自己的初始坐标文件中.

（2）将工具文件夹中的msi2lmp.exe拷贝到指定文件夹下，在MS（Materials Studio）中建立好结构模型后，在ds模型或者forcite模型中指定力场类型，export结构保存为car格式，同时自动有mdf格式的文件生成，将car和mdf文件以及力场文件拷贝到msi2lmp.exe所在的文件，运行msi2lmp.exe，生成文件data.xxx.

（3）在MS中导出pdb格式文件，套用上面方法（1）中的固定格式.

在实际使用中，建议常使用第三种办法，即得到坐标文件→固定格式→修改，既可以避免在转换过程中产生的错误，又对自身模型有一个更深刻的理解，不能过分依赖现有程序.

在LAMMPS的使用中，遇到问题先联想已经掌握的方法，再考虑应用此方法的“副作用”并想办法解决或避免，在此过程中一定要反复查阅手册（http：//lammps.sandia.gov/doc/Manual.html），最终形成自己的问题解决办法.

（摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课堂讲义）