金属建模
郑腾飞 6/22/2021
LAMMPS应用领域非常广泛，比如金属、非金属等复杂材料的性能模拟计算。其中开始计算之前模型文件的准备也是必要的，构建出合适准确的模型对计算结果有很重要的影响，基于之前建模的方法和习惯，对金属建模部分进行总结并作为随手笔记，有不正确的地方还请批评指正！
简单金属的模型可以通过多种方法获得：（1）从各种数据库中下载，比如最常用的materials project Materials Project (opens new window)，里边的模型似乎经过计算验证，可以根据自己的需要进行选择，合金模型同样也能找到；（2）可视化软件Materials Studio或VESTA凭借其强大的功能也可充当建模工具，定义自己的空间群、晶格常数等参数进行建模；（3）强大的LAMMPS当然也可以完成；现在主要对LAMMPS自带命令建模进行总结：
从LAMMPS命令分类中我们找到初始化及模拟盒子、原子设置的相关命令，集齐这些命令后就可以构建想要的模型了！以下所有命令详细内容见官网，以官网为准。先简单了解下这些命令的语法和含义：
units style # 定义模拟过程中所有参数的单位
※ style = lj or real or metal or si or cgs or electron or micro or nano
atomic_style style args # 定义原子类型
※ style = atomic or molecular or charge or hybrid等
lattice style scale keyword values … # 定义体系晶格类型
※ style = bcc or fcc or hcp or diamond or custom等
※ scale = lattice constant in distance units (定义晶格常数，单位为units距离单位)
region ID style args keyword arg … # 定义空间区域大小
※ ID = region的名字
※ style = block or cylinder or plane or prism or sphere or union or intersect等
(给定划分区域的形状，比如block为立方体盒子，不同形状需给出对应的参数，详细参数见manual)
※ keyword = side or units or move or rotate or open
(可设置的关键字参数，比如默认side=in, units=lattice, no move or rotation。
units=lattice/box的差别：units lattice表示实际尺寸大小=设置值×单胞晶格常数；
units box表示实际尺寸大小=设置值（单位为Å）)
create_box N region-ID keyword value … # 基于划分区域创建模拟盒子
※ N = 原子类型总数
※ region-ID = 已定义的region名
create_atoms type style args keyword values … # 填充原子
※ type = 第#号原子类型
※ style = box or region or single or random
mass I value # 设置质量
※ I = 原子类型
※ value = 相对原子质量
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# 圆柱形模型
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# Building model in LAMMPS #
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##### Initiation ########################################################
units metal # metal单位
atom_style atomic
##### Building ##########################################################
lattice bcc 3.30 # BCC lattice and lattice constant equal 3.3
region cylinder cylinder z 10 10 5 0 20 # Shape of cylinder and corresonding parameters
create_box 1 cylinder # One type atoms in cylinder box
create_atoms 1 region cylinder # Creating atoms in cylinder region
mass 1 1 # Relative atomic mass of type 1
write_data cylinder.lmp # Output the position file
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# 球形模型
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# Building model in LAMMPS #
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##### Initiation ########################################################
units metal # metal单位
atom_style atomic
##### Building ##########################################################
lattice bcc 3.30 # BCC lattice and lattice constant equal 3.3
region sphere sphere 0 0 0 8 # Shape of sphere and corresonding parameters
create_box 1 sphere # One type atoms in sphere box
create_atoms 1 region sphere # Creating atoms in sphere region
mass 1 1 # Relative atomic mass of type 1
write_data sphere.lmp # Output the position file
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# 球+圆柱组合模型
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# Building model in LAMMPS #
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##### Initiation ########################################################
units metal # metal单位
atom_style atomic
##### Building ##########################################################
lattice bcc 3.30 # BCC lattice and lattice constant equal 3.3
region cylinder cylinder z 10 10 5 0 20 # Shape of cylinder and corresonding parameters
region sphere sphere 10 10 29 8 # Shape of sphere and corresonding parameters
region box union 2 cylinder sphere # Region box equal cylinder + sphere
create_box 2 box # Two type atoms in box
create_atoms 1 region box # Creating atoms in all box region
mass 1 1 # Relative atomic mass of type 1
mass 2 10 # Relative atomic mass of type 2
write_data cylinder_sphere.lmp # Output the position file
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# 模型的合并
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# Building model in LAMMPS #
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##### Initiation ########################################################
units metal
atom_style atomic
###### Reading model1 ###################################################
read_data cylinder.lmp extra/atom/types 1 # Reading model1 cylinder and add one type atoms
###### Reading model2 ###################################################
read_data sphere.lmp add append offset 1 0 0 0 0 shift 33 33 95.7 # Reading model2 sphere and shift positions
write_data combine.lmp
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