菜鸡论文模仿01（结构优化）：Identifying the Mechanisms of Polymer Friction through Molecular Dynamics Simulation

模仿

MD最好的入门方式就是模仿！！！！！
找一篇难度适中的，软件，研究点都比较贴近自己方向的论文进行模仿。作为初学的我很幸运找到了这篇论文，在模仿过程中也逐渐的掌握了lammps的相关命令，如果大家也觉得适合的话，也可以进行模仿练习。比较贴近的意思是眼光要广，只要那篇论文有涉及到你的研究方向，哪怕是一个参数，你都值得一看。

Dai L, Minn M, Satyanarayana N, Sinha SK, Tan VBC. Identifying the mechanisms of polymer friction through molecular dynamics simulation. Langmuir 2011;27(24):14861–7. https://doi.org/10.1021/la202763r .

模型方面就是简单的聚合物块，但是具有以下几个特点：

• 多层结构，端面很平
• 密度为指定值
  此次博客只对MS导出的多层结构进行结构优化至论文的构型
  我分了ABCDEF六层，纯属为了方便起见，只有两个厚度的polymer layer，但是不影响后续的模仿学习，从这里就可以看出MS导出的模型完全达不到论文的初始模子，端面不齐，密度无法保证，总之就是很糟糕的模型。。我在MS也倒腾了很多次，依旧达不到想要的效果，所以需要在lammps中进行优化结构。
  

密度控制

所谓密度控制就是，让一定量的原子达到一定量的体积，所以我进行了一系列的压缩处理，用到的主要命令就是wall/reflect，

基本分为以下三步：

• 确定目标密度下聚合物块的高度
• add force使ABCD和EF压缩到指定高度
• 弛豫到wall/reflect边界处
  
  部分in文件如下：

#-----------------------初始模拟系统设置
dimension		3		
units			real
atom_style		full
boundary		p p f#-----------------------近邻设置
neighbor 		1.0 bin
neigh_modify 		delay 0 every 10 check yes#-----------------------coul/long预设置
kspace_style 		ewald 1.0e-4									#用于周期性边界
kspace_modify		slab 3.0									#可用于ppf边界#-----------------------力场设置
pair_style 		lj/class2/coul/long 10.0
bond_style      	class2
angle_style     	class2
dihedral_style  	class2
improper_style  	class2#-----------------------原子坐标读入
read_data 		ABCDEF.data#-----------------------结构参数（CH原子数量）
variable		C_number_A equal 400								#A层碳原子数目
variable		C_number_B equal 400								#B层碳原子数目
variable		C_number_C equal 900								#C层碳原子数目
variable		C_number_D equal 400								#D层碳原子数目
variable		C_number_E equal 400								#E层碳原子数目
variable		C_number_F equal 400								#F层碳原子数目variable		H_number_A equal 808								#A层氢原子数目
variable		H_number_B equal 808								#B层氢原子数目
variable		H_number_C equal 1818								#C层氢原子数目
variable		H_number_D equal 808								#D层氢原子数目
variable		H_number_E equal 808								#E层氢原子数目
variable		H_number_F equal 808								#F层氢原子数目variable 		C_number_01 equal ${C_number_A}+${C_number_B}+${C_number_C}+${C_number_D}	#ABCD层C原子数量
variable		C_number_02 equal ${C_number_E}+${C_number_F}					#EF层C原子数量
variable 		H_number_01 equal ${H_number_A}+${H_number_B}+${H_number_C}+${H_number_D}	#ABCD层H原子数量
variable		H_number_02 equal ${H_number_E}+${H_number_F}					#EF层H原子数量variable		Atom_number_ABCD equal ${C_number_01}+${H_number_01}				#ABCD层原子数量
variable 		Atom_number_EF equal ${C_number_02}+${H_number_02}				#EF层原子数量#-----------------------密度参数设定
variable 		target_density equal 0.94							#g/cm^3
variable		C_mass equal 1.993e-23								#g
variable		H_mass equal 1.674e-24								#gvariable		target_mass_01 equal (${C_number_01}*${C_mass})+(${H_number_01}*${H_mass})	#ABCD层原子质量(g)
variable		target_volume_01 equal ${target_mass_01}/${target_density}			#ABCD层体积(cm^3)
variable		target_height_01 equal (${target_volume_01}*1e24)/(lx*ly)			#ABCD层指定密度下厚度（埃）
variable		reflect2 equal zlo+${target_height_01} 						#指定密度下ABCD的z轴最高值#-----------------------力学参数设定
variable		target_pressure equal 1e9							#目标压力设定，比例系数*1Gpa（pa）
variable 		total_force_E_F equal ${target_pressure}*lx*ly*1e-20				#EF层所受的总力（N）
variable		atom_force_E_F equal ${total_force_E_F}/(${C_number_02}+${H_number_02})		#EF层每一个原子受到的力（N）
variable		f_coefficient equal 6.950166e-11
variable		f_to_addforce equal ${atom_force_E_F}/${f_coefficient}

补充

• 为什么我用ppf，而不用pps？
  聚合物采用的pcff力场，pair_style为lj/class2/coul/long, 需要额外增加kspace命令，恶心的是，这命令还只能用于周期性边界？？！！！还好有kspace_modify，可以勉强用在ppf中，用f边界注意原子丢失情况，所以在非周期性边界中要活用wall/reflect命令！！！
• 我的ABCD和EF之间隔得太远了，你们在模仿的时候看着来，大于截断距离就ok了。
• 进行压缩的时候最好用addforce，我一开始用的是move linear，会出现反向move的情况，这个在第二个gif中应该可以看到。还有一点，其实addforce也不是最好的，因为压缩的距离没法儿控制，这个需要人为加大步长，后续结合可视化软件看哪一步是最为合适结束addforce，然后弛豫到指定密度距离的。
• 如果是体系中只有一个集中的区域，例如体系只有ABCD或者EF，果断addforce，thermo_style的时候导出density看密度就ok，密度超了记住步数，跑那个步数就ok。
• 在最后导出data和restart文件
  restart可以保证先前的group分类，这点很重要！！！！具体看manual。

#-----------------------创建data/restart文件
write_restart		restart.optimization
write_data			data.ABCDEF_OPTIMIZATION

模型优化效果图

ABCD压缩

EF压缩

一个还算ok 的模型就出来了

后续会继续模更新论文中的压力加载过程。。。。

参考文献

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