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LAMMPS-分子动力学:两日入门到进阶
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介绍 目录 留言  

分子动力学模拟(Molecular Dynamics)是近年来飞速发展的一种分子模拟方法,已经被广泛应用于化学化工、材料科学与工程、物理、生物医药等科学和技术领域,起到越来越重要的作用。开源的分子动力学模拟软件LAMMPS可以支持包括气态,液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系,并提供支持多种势函数,吸引越来越多的计算模拟科研人员使用,本培训班旨在帮助学员在较短的时间内对分子动力学理论以及LAMMPS使用进行有效的掌握。使用开源分子动力学模拟软件LAMMPS,在Windows系统中直接开展并行计算,无需额外安装Linux系统或购买Linux服务器/超算机时,计算投入零成本。

 

本次课程亮点:针对Lammps计算软件从入门到应用进行培训,精心设计多个材料模拟体系和场景,覆盖当前多个材料理论研究热点,有助于大家快速掌握并切入自己的研究主题,迅速提高理论研究水平。

 

课程视频总计时长约12小时。

 

第一天 (上午)9:00 - 12:00

分子动力学方法与理论基础详解

1. 分子动力学理论基础

1.1 常见计算模拟方法浅析:MD、DFT等

1.2 分子模拟的发展历史、分子模拟的优势和局限

1.3 分子动力学基本原理:分子运动论,分子动力学的基本假设和理论框架

1.4 分子动力学关键技术:分子动力学的主要数值算法,时间积分方法及选择它们的理由

1.5 分子模拟条件和环境的控制:系综的选择,边界/截断/长程作用/系综/控温控压等一系列基本概念介绍

1.6 分子动力学模拟流程详解:建模 > 能量最小化 > 模拟 > 结果分析

1.7 各种力场(经验势函数)详解:做模拟时如何针对自己的计算体系选择合适的势函数

1.8 分子模拟加速方法和高性能计算基础:周期性边界条件,并行计算,GPU加速

2. Windows 版本的Lammps使用初试

2.1 定制Lammps格式Notepad++编辑器(高亮Lammps文件关键词,让Lammps文件更清晰易读)

2.2 操作实践初试,在Windows系统中使用Lammps模拟石墨烯拉伸形变模拟,并使用Ovito实时观察模拟过程

实例操作:石墨烯拉伸形变及伴随力学特性分析

第一天 (下午)2:30 - 5:30

LAMMPS 模拟流程与参数详解 + LAMMPS 模拟入门实践

3. LAMMPS 模拟流程与参数详解

3.1 结合分子动力学理论内容详解LAMMPS模拟流程

3.2 学习编写Lammps计算所需输入/输出文件(in文件,data文件,lammpstrj 文件结构及格式)

3.3 学习Lammps计算流程控制,实现自定义计算流程及施加各种外界条件

3.4 学习Lammps力场势函数设定,针对特定计算体系分析,准确选择力场

专题探讨:"势函数的选择:石墨烯碳环-使用不同势函数对比计算"

4. Lammps 进阶模拟流程设计

4.1 如何设计合理的模拟计算流程,并写成Lammps in文件

4.2 如何选择需要计算和导出的相关体系性质

4.3 导出实时模拟结构图片和动态轨迹

5. LAMMPS 计算数据初步分析方法与后处理

5.1 初步掌握分子动力学模拟结果导出和分析:导出轨迹文件,可视化模拟快照及模拟过程视频

5.2 分析模拟所得结果,完成体系原子受力;体系总能、动能、势能、温度、晶格参数、密度;特定局部原子group能量、温度等数据计算

5.3 体系动力学特性分析(根据均方差位移(MSD)计算扩散系数等)

5.4 体系结构特征数据分析(结合VMD软件,进行原子密度分布分析(Density profile),计算径向分布函数(RDF))

实例操作:"锂电池电解质溶液中锂离子扩散率及配位结构模拟分析"

第二天 (上午)9:00 - 10:30

LAMMPS 软件进阶建模实践 + 材料模拟设计专题

6. LAMMPS 软件进阶建模实践

6.1 学会使用多种建模软件和方法:Packmol、VMD topotool以及Lammps自有命令建模

6.2 掌握各种进阶模拟模型构建方法(二维纳米片层、管/三维晶体、非晶,有机、无机混合溶液模型,固液混合模型,界面模型等)

6.3 掌握各种格式结构(pdb、car、xyz等)文件转化为Lammps规定data文件格式方法

6.4 学会使用VMD,VESTA等结构显示软件做出漂亮的结构图片(发表级)和视频

实例操作:构建多组分不同浓度锂电池电极/电解质界面模型

第二天 (上午)10:40 - 12:00 and (下午)2:30 - 5:30

LAMMPS 软件进阶建模实践 + 材料模拟设计专题

7. 材料模拟设计专题

7.1 晶体材料的融化、退火及重结晶模拟

实例操作:“晶体材料的融化、退火及重结晶模拟”

7.2 MXene材料模拟设计及作为膜材料蒸发过程设计

实例操作:“MXene材料模拟设计及作为膜材料蒸发过程设计”

7.3 二维材料的拉伸形变及伴随力学特性分析-模拟设计

实例操作:“石墨烯拉伸形变及伴随力学特性分析-模拟设计”

7.4 粒子材料轰击块材或原子在二维材料表面沉积模拟

实例操作:“B原子轰击石墨烯表面模拟与缺陷分析”

7.5 二维材料晶格热导率计算-模拟设计

实例操作:“二维材料热导率计算原理与模拟设计”

7.6 二维材料海外淡化过滤渗透-模拟设计

实例操作:“多孔石墨烯、MoS2海外淡化过滤渗透-模拟设计”

7.7 二维材料表面摩擦特性研究与AFM原子力显微镜的原子级模拟-模拟设计

实例操作:“AFM原子级模拟与二维材料表面摩擦性质模拟设计”

注:由于课程时间限制,部分设计专题可能无法在课程中完整介绍,未能介绍到的专题将把相应内容和计算文件分享。

 

培训讲师
余老师,国内985高校博士毕业,高校青年教师。余老师自2017年起担任材料人材料计算科技顾问,多次授课lammps及分子动力学课程,并担任分子动力学1对1培训讲师。


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邮箱:kefu@cailiaoren.com