首页/文章/ 详情

GROMACS拉伸、剪切、压缩模拟

28天前浏览1182

拉伸、剪切、压缩模拟 Gromacs 


     

   


     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

         

         

拉伸/剪切/压缩模拟在材料科学中的应用非常广泛,可以帮助研究和优化材料在拉伸过程中的性能。通过合理的模拟设置和数据分析,可以深入了解材料的微观机制,为优化和设计新材料提供宝贵的理论和实践支持。在LAMMPS软件中,可以支持各种拉伸/剪切/压缩方式,也可以对金属等材料经行非常高精度的应力应变模拟。但是LAMMPS对于有机分子/聚合物来说比较麻烦,因为很多用户被困在了LAMMPS繁琐的有机分子/聚合物建模的截断。对于GROMACS,建立有机分子/聚合物的输入文件是非常简单的,所以可以采用GROMACS来计算有机分子/聚合物的拉伸/剪切/压缩情况。目前,GROMACS只支持deform方式对模拟盒子进行形变。


具体计算流程如下:        

1)建立有机分子/聚合物模型,使用NPT系综在目标温度和压强下充分弛豫(这一步是做形变之前必须的)    
2)在mdp文件里面添加或者修改控压算法下面的关键字,即可实现拉伸/剪切/压缩模拟:    






pcoupl    =  Parrinello-Rahmanpcoupltype  = anisotropic  tau_p    = 1.0    ref_p    = 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0    compressibility = 4.5e-5 4.5e-5 0.0  4.5e-5   4.5e-5  4.5e-5  ;deform = 0.0 0.0 0.001 0.0 0.0 0.0
   
这里的控压算法采用的是Parrinello-Rahman,也可以使用Berendsen。压力耦合方式是使用各项异性(anisotropic ),由于压力张量有6个分量,所以参考压力(ref_p)需要写6个值。分别对应:别对应 xx, yy, zz,xy/yx,xz/zx和yz/zy分量。压缩率(compressibility)也和6个分量一一对应,但是对于需要拉伸/剪切/压缩的方向对应值一定要设置为0。拉伸/剪切/压缩的方向由deform的值确定,如上述参数设置的即在zz方向上以正速度(即:0.001nm/ps)单轴拉伸材料。所以,压缩率(compressibility)的第三个值随之设置为0。    
3)如果想实现压缩,把deform中的0.001改为-0.001,即为对z轴进行压缩。也可以对其他轴进行压缩或者拉伸。    
4)如果想实现剪切,比如往x和y方向剪切,那么相应的设置如下即可:    






pcoupl    =  Parrinello-Rahmanpcoupltype  = anisotropic  tau_p    = 1.0    ref_p    = 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0    compressibility = 0.0 0.0 4.5e-5  4.5e-5   4.5e-5  4.5e-5  ;deform = 0.001 0.001 0.0 0.0 0.0 0.0
   
5)基于上述设置,我们可以很灵活的实现拉伸/剪切/压缩。注:拉伸/剪切/压缩等速率根据自己的体系进行测试,不一定非要设置为本案例的0.001nm/ps。下图是本案例对某一有机聚合物进行单轴拉伸的结构图:      
   

6)对于GROMACS来说,可以使用gmx energy提取各个方向的应力随模拟时间变化数据,从而结合我们的拉伸速率绘制应力应变曲线(如文献:https://doi.org/10.3390/nano12193379),但是该命令计算的应力不是那么严谨,可以通过文献:Soft Matter, 2016, 12, 3972所提到的方式进行计算。也可以使用修改版本的gromacs来计算,相关教程见:https://vanegaslab.org/software (GROMACS-LS and MDStress library)。    

     

     

来源:模拟之家
Deform理论材料LAMMPSGROMACS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-19
最近编辑:28天前
刘十三613
博士 分子动力学、GROMACS
获赞 133粉丝 96文章 83课程 29
点赞
收藏
作者推荐
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈