科研科学计算高性能计算【免费下载链接】lammpsPublic development project of the LAMMPS MD software package项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/la/lammps点击查看免费下载本文以 LAMMPS 官方文档 fix_surface_global.rst 为主体完整讲解fix surface/global命令的语法、input/model关键字与可选参数的全部含义并结合 src/GRANSURF/fix_surface_global.cpp 的源码实现与 examples/gransurf 下的完整示例说明如何在全局颗粒表面三角形/线段上施加胡克/赫兹/通用 granular 接触模型实现颗粒-表面接触力计算、表面整体运动与dump image渲染。读完后你可以独立配置一个基于 STL 或分子模板文件的颗粒容器/螺旋喂料器等边界条件并正确设置fix_modify move等进阶操作。命令定位全局表面与局部表面的区别fix surface/global用于在颗粒granular模拟中把颗粒表面granular surface作为边界条件。颗粒表面由一组三角形3d 体系或线段2d 体系定义。LAMMPS 中颗粒表面分为两种风格官方使用文档 Howto_granular_surfaces.rst 给出了总体使用指引global全局表面不存为粒子、不跨处理器分布而是由本 fix 统一存储每个处理器都保存全部表面的副本并由该 fix 直接计算所有颗粒与表面之间的力。适合表面数量适中的场景每个三角形/线段可以任意大甚至可以和模拟盒的一个维度一样大。local局部由 fix surface/local 命令处理表面作为特殊粒子参与并行分布适合表面数量极大的场景。从源码结构看fix surface/global注册在 GRANSURF 命名空间下src/GRANSURF/fix_surface_global.h 中通过FixStyle(surface/global,FixSurfaceGlobal)宏注册其构造函数强制要求原子属性中必须包含radius和omegafix_surface_global.cpp因为颗粒接触模型需要粒子半径与角速度。命令语法总览完整语法如下ID 与 group-ID 的含义见 fix 命令文档fix ID group-ID surface/global input args ... model args ... keyword value ...ID、group-IDfix 的标准标识符与受作用的原子组surface/global风格名input可指定一个或多个定义表面的几何来源model可指定一个或多个定义颗粒类型 × 表面类型的接触模型末尾可追加零个或多个keyword value对。input 关键字表面几何的两种来源input子句的形式为source source-argssource取mol或stlinput args source source-args source mol 或 stl mol arg template-ID template-ID molecule 命令中定义的分子模板 ID 该模板由一组三角形3d或线段2d构成 stl args stype smol stlfile stype 分配给 STL 文件中所有三角形的数值表面类型 smol 分配给 STL 文件中所有三角形的数值分子 ID stlfile 定义三角形集合的 STL 文件名来源一molecule 文件mol若三角形/线段已经通过 molecule 命令读入则source用moltemplate-ID参数填写 molecule 命令使用的模板 ID。注意一条molecule命令可以把多个分子文件挂到同一个 template-ID 上每个分子文件必须定义三角形或线段不能是原子。多个分子文件时最终表面集合是所有文件中三角形/线段的并集。分子文件中的每条线段/每个三角形都会带有自己的 type 和 molecule ID这是与 STL 的重要区别——mol 来源可以逐面指定类型。来源二STL 文件stlSTLstereolithography文件只定义一组三角形不包含逐三角形的类型或标记因此stype赋给该文件全部三角形的表面类型数值smol赋给全部三角形的分子 ID数值stlfileSTL 文件名支持文本或二进制格式命令会自动检测格式STL 文件不能用于 2d 模拟因为它只能定义三角形源码中 fix_surface.cpp 对dimension 2直接报错。一个值得注意的实现细节工程设计软件导出的 STL 常含退化三角形顶点重复或共线、面积为零。自 2Sep2026 版本起读取时会跳过这类三角形并在 0 号处理器打印带跳过数量的警告。源码位于 fix_surface.cpp对每个新三角形计算两条边向量的叉积若叉积全零则nskip并跳过循环结束后若nskip非零则输出Skipped {} degenerate triangle(s) in STL file {}警告。若需要手工编辑二进制 STL可用仓库中 tools/stl_bin2txt.cpp 工具把二进制转为文本文本 STL 示例可参考 examples/gransurf/surf.tri.stl一个由 4 个 facet 拼成的平面示例。命令允许多次使用input关键字每次的来源可以是mol或stl最终使用的表面是所有 input 输入三角形与线段的并集源码构造函数中以哈希表按坐标去重合并点集见 fix_surface_global.cpp。连接性connectivity表面如何被拼在一起所有 global 三角形/线段定义完成后该命令会计算它们的连接关系3d两个三角形相连当且仅当它们属于同一分子且共享一个角点或一条边两个角点2d两条线段相连当且仅当属于同一分子且共享一个端点。一对相连的表面若同时与某个颗粒接触将按 Howto_granular_surfaces.rst 文档中定义的规则相互作用以产生物理上合理的合力。表面之间不要求全部连成一个整体可以表示多个独立物体的表面。颗粒只要与某个或几个三角形/线段接触重叠即参与相互作用三角形的两面都会与颗粒作用因此表面可以无限薄例如搅拌器的桨叶。源码层面连接关系分别存入Connect2d/Connect3d结构及neigh_p1/p22d 端点与neigh_e1/e2/e33d 边、neigh_c1/c2/c33d 角点等锯齿二维数组见 fix_surface_global.h构造函数在connectivity2d_global()/connectivity3d_global()之后调用check_molecules()若一组互连的三角形/线段的 molecule ID 不一致LAMMPS 会打印警告但不报错。model 关键字颗粒类型 × 表面类型的接触模型每个model子句作用于一个或多个颗粒类型 × 一个或多个表面类型的笛卡尔积model args ptype stype fstyle fstyle-args ptype 数值颗粒类型也支持通配符形式 stype 数值表面类型也支持通配符形式 fstyle hooke 或 hooke/history 或 hertz/history 或 granular hooke / hooke/history / hertz/history 的 args Kn Kt gamma_n gamma_t xmu dampflag (limit_damping) Kn 法向颗粒排斥弹性常数力/距离或压力单位见 pair gran/* 文档 Kt 切向接触弹性常数同上 gamma_n 法向碰撞阻尼系数1/时间 或 1/时间·距离 gamma_t 切向碰撞阻尼系数同上 xmu 静摩擦屈服判据0.0–1.0e4 之间的无量纲值 dampflag 0 或 1是否排除/包含切向阻尼力 limit_damping 可选参数防止出现吸引相互作用 granular 的 args 与 pair_style granular 的 pair_coeff 命令相同语法要点均与 pair_style gran/* / pair_style granular 文档保持一致通配符ptype/stype可以是单个数值或*、*n、n*、m*n形式。若无数字*表示 1 到 N 的所有类型*n表示 1..n含n*表示 n..N含m*n表示 m..n含。全覆盖检查model 关键字必须为每个颗粒类型 × 每个表面类型的组合都指定相互作用否则报错若某个组合被重复指定则采用最后一次指定。从源码看表面类型的上界取smaxtype或输入表面中的最大 type上限 1024见 fix_surface_global.cpp 中MAXSURFTYPE/MAXSURFMOL常量随后在types2model二维表中逐格检查发现nullptr即报Fix surface/global type pair is missing a granular model错误fix_surface_global.cpp。力的物理含义三角形/线段与颗粒间作用力与pair_style gran/*中的公式相同只是取其中一个粒子半径与质量趋于无穷大即平面的极限delta radius - r为颗粒与表面的重叠量m_eff取颗粒质量有效接触半径取颗粒自身半径。重叠量与法向量的几何计算细节见 Howto_granular_surfaces.rst。NULL 缺省Kt写 NULL 时取缺省Kt 2/7 * Kngamma_t写 NULL 时取缺省gamma_t 1/2 * gamma_n含义与单位与pair_style gran/*页相同。从源码结构看model解析区分两条路径fix_surface_global.cppclassic 路径fstyle为hooke/hooke/history/hertz/history时调用model-define_classic_model(...)可再跟一个limit_damping标记granular 路径fstyle为granular时按pair_coeff语法调用model-add_sub_model(...)可追加tangential、damping、rolling、twisting、heat等子模型以及limit_damping标记。若指定了heat子模型则heat_flag置 1从而必须提供temperature关键字否则构造函数直接报错fix_surface_global.cpp。文档中给出的最简示例对应上面两种 input 来源molecule lines surf.line fix 1 all surface/global input mol linesurf model 1 1 hooke 4000.0 NULL 100.0 NULL 0.5 1 fix 1 all surface/global input stl 1 1 object.stl model * 1 hooke/history 4000.0 NULL 100.0 NULL 0.5 1该命令可以多次使用定义多个 fix surface/global但通常没必要多次使用时不同命令定义的表面之间不会按上述规则建立连接关系。可选关键字keyword/value 对关键字速查表关键字取值含义默认值smaxtype数值允许的最大表面类型input 中出现的最大表面类型smaxmol数值允许的最大表面分子 IDinput 中出现的最大分子 IDflatmaxangle度相连三角形/线段之间被视为平面连接的最大夹角1 度temperatureTsurf开尔文表面温度使用含 heat 模型的 granular model 时必需无neighbornsq或bin表面-原子邻居搜索算法bin各关键字的行为与源码印证smaxtype/smaxmol默认取 input 表面中的最大类型/分子 ID。若之后要用fix_modify type/region见下文把表面类型改成比默认更大的值需要先用这两个关键字把上界调大。源码中smaxtype不能小于 input 已出现的最大类型且不得超过内部上限 1024fix_surface_global.cpp。flat设置阈值maxangle角度制。两条夹角不超过阈值的相连表面在接触模型中被当作flat即使颗粒同时接触两面也只施加一个力。默认 1 度源码把角度阈值换算为flatthresh 1 - cos(π·flat/180)存储[fix_surface_global.cpp](https://link.gitcode.com/i/3f9eedea2644f836adbfd1402970e65f#L66-L67, L277-L283)并对取值做了 0–90 度的合法性检查。temperature值Tsurf为表面温度开尔文。若任一 granular model 含依赖表面温度的 heat 模型则必填否则被忽略。源码中该值还允许v_前缀的变量形式fix_surface_global.cpp。neighbor决定表面与原子之间邻居列表的构建算法与 neighbor 命令类似bin默认把原子与表面按空间分箱仅检查相邻 bin 内的组合nsq则对所有原子-表面对做 O(N²) 式遍历。文档建议两种都测试一般而言表面数量越多bin相对越划算当表面数量非常大时fix surface/local 可能性能更好。完整实战示例向三角形容器倾倒颗粒并旋转喂料器仓库 examples/gransurf 目录提供了 global/local/surf 三种风格的对照示例。下面以 examples/gransurf/in.tri.gran.global 为例逐步说明一次典型配置# pouring spheres into box made of triangles units lj atom_style sphere boundary f f f dimension 3 comm_modify vel yes region box block -7 7 -7 7 0 9 units box create_box 2 box # simply for dump_modify to color lines green pair_style granular pair_coeff * * hooke 4000.0 100.0 tangential linear_history 1000.0 1.0 0.5 damping mass_velocity neighbor 0.3 bin neigh_modify delay 0 every 1 check yes molecule tris surf.tri fix 20 all surface/global input mol tris model * * granular hooke 4000.0 100.0 tangential linear_history 1000.0 1.0 0.5 damping mass_velocity fix 2 all nve/sphere fix 3 all gravity 1.0 vector 0 0 -1关键步骤解读atom_style sphere提供 radius/omega 属性满足fix surface/global的构造要求molecule tris surf.tri先把三角形文件 examples/gransurf/surf.tri 读成模板fix 20 all surface/global input mol tris model * * granular ...用 mol 来源引用模板tris模型部分对所有颗粒类型 × 所有表面类型使用granular风格主接触模型hooke 4000.0 100.0切向子模型linear_history 1000.0 1.0 0.5对应 Kt、gamma_t、xmu阻尼子模型mass_velocity——这套参数与颗粒-颗粒的pair_coeff保持一致使表面接触行为与颗粒间接触物理上协调颗粒动力学由fix nve/spherefix gravity提供fix ins pour在盒顶上方持续补充颗粒示例结尾展示了本文后续详述的fix_modify move用法run 5000 fix_modify 20 move * rotate 0 0 0 0 0 1 25 run 5000 fix_modify 20 move * none run 5000即先纯倾倒 5000 步再让全部表面绕 z 轴以周期 25 旋转相当于旋转的锥形喂料器最后用move * none停转。同一目录下的 examples/gransurf/in.tri.gran.global.stl 是 STL 版对照差异只在表面来源一行fix 20 all surface/global input stl 2 1 surf.tri.stl model * * granular hooke 4000.0 100.0 tangential linear_history 1000.0 1.0 0.5 damping mass_velocity注意 STL 来源时三角形类型统一设为 2、分子 ID 统一设为 1而 mol 版由 examples/gransurf/surf.tri 文件逐行给出。两份输入在 examples/gransurf 中均附有 g.1/g.4 的完整运行日志如log.17Jul26.tri.gran.global.g.4可直接用于核对输出。dump image 渲染支持该 fix 支持 dump image 的fix关键字会把表面几何信息传给dump image一并渲染2d 体系表面是一组线段渲染为圆柱fflag1设定圆柱半径3d 体系表面是一组三角形可渲染为 wireframe、实心三角形或两者兼有fflag1选择渲染风格1 triangles2 wireframe3 bothfflag2设定 wireframe 线径。颜色规则默认按三角形所关联原子类型的配色color style 为 type 或 element 时color style const 时默认白色可用dump_modify fcolor修改透明度默认不透明可用dump_modify ftrans修改。示例输入中的注释块给出了实际用法#dump viz all image 100 tri.gran.global-*.ppm type diameter # size 800 600 zoom 1.5 shiny 0.4 fsaa yes view 70 10 box yes 0.025 # region zcylinder white transparent 0.5 fix 20 const 1 0 #dump_modify viz pad 6 acolor 1 orange boxcolor midnightblue backcolor black # backcolor2 white lights 0.2 0.9 0.45 0.9 fcolor 20 silver ftrans 20 1从源码看几何导出由FixSurfaceGlobal::image()完成fix_surface_global.cpp2d 时每个条目打Graphics::LINE标志并输出两个端点坐标3d 时打Graphics::TRI标志并输出三个顶点坐标同时携带表面 type 供配色。fix_modifymove、type/region、mol/region本 fix 为 fix_modify 命令定义了三个专属关键字只在本文档页描述不在 fix_modify 总页中move、type/region、mol/region均可多次使用。通用格式fix_modify fix-ID keyword values ...move让表面按预设方式运动move的值为smol mstyle argsmove values smol mstyle args smol 表面分子 ID支持逗号分隔与通配符形式 mstyle none / linear / wiggle / rotate / transrot / variable none args 无 linear args Vx Vy Vz wiggle args Ax Ay Az period rotate args Px Py Pz Rx Ry Rz period transrot args Vx Vy Vz Px Py Pz Rx Ry Rz period variable args v_dx v_dy v_dz v_vx v_vy v_vzsmol可以是逗号分隔的多个表面分子 IDsm,sm,...,sm每个子项可为数值或*/*n/n*/m*n通配形式语义同前N为分子总数。必须包含相连物体的全部分子 ID若一个物体由 2 个以上分子的表面构成而move没有列全它们的分子 ID会破坏连接关系。文档明确说明LAMMPS 不检查这一要求同理多次move造成的运动若违反表面几何限制见 Howto 文档LAMMPS 也不会检查。none风格用于关闭之前启用的运动例如停止一个物体的旋转。除none外的各风格语义及其参数与 fix move 相同。variable风格比 fix move 受限只允许 equal 风格变量variable 命令定义不允许 atom 风格变量且若某方向的位移变量与速度变量均为 NULL则该方向的位置/速度分量不变——这与 fix move 对单个粒子的说明不同。源码印证modify_param中解析move子句variable风格的每个变量名都经variable-exists()与equal_flag检查fix_surface_global.cpp运动状态存于Motion结构列表none会取消该组分子的运动并在全部停转时释放pointmove内存fix_surface_global.cpp。对 local 表面同样的运动操作可以直接用fix move命令加一个包含三角形/线段粒子类型的 group 实现。type/region 与 mol/region事后重设表面类型/分子 IDtype/region values stype region-ID stype 数值表面类型 region-ID 之前用 region 命令定义的几何区域 ID mol/region values smol region-ID smol 数值表面分子 ID region-ID 之前用 region 命令定义的几何区域 ID这两个关键字都用于在input完成初始化之后重设表面属性对 STL 三角形特别有用——因为 STL 文件无法逐三角形指定 type 或 molecule ID。判定规则mol/region中smol必须在 1 到 maxmol 之间maxmol 为 input 读入的最大分子 ID 或smaxmol关键字的设置值region 可以定义为几何物体的内部或外部如球、block 的 inside/outside用三角形/线段的几何中心点判断表面是否位于区域内若在内则把其分子 ID/type 重置为给定值源码中即region-match(xsurf[i][0],xsurf[i][1],xsurf[i][2])见 fix_surface_global.cpp。文档给出的示例fix_modify 1 move 2 rotate 0 0 0 0 0 1 25 fix_modify 1 move 1,3*5,8* rotate 0 0 0 0 0 1 25 fix_modify 1 type/region 3 myBlock重启、输出与 run 行为不写二进制 restart本 fix 的信息不会写入 restart 文件重启时需重新执行该命令不产生全局量或 per-atom 量没有可供 输出命令 访问的 compute 式数据无 start/stop 参数本 fix 的任何参数都不能用于 run 命令的start/stop关键字能量极小化期间不激活minimize过程中不调用本 fix。限制与默认值汇总限制属于GRANSURF package只有在 LAMMPS 编译时启用了该包才可用见 Build_package 页分子 ID 目前尚未真正参与颗粒表面相互作用未来可能用到其设计意图是唯一指派给每个互连的三角形/线段集合相当于把每个物体看作一个分子但这不是强制要求LAMMPS 不检查若一组互连表面的分子 ID 不一致会收到警告多个fix surface/global命令之间定义的表面上互不连接见前文STL 不可用于 2dmove的完整性与几何合法性不被自动校验。默认值smaxtypesmaxmol input 中所有表面的最大类型分子 IDflat 1 度neighborbintemperature 无。相关命令fix surface/local局部表面、pair_style surf/granular以 pair 风格计算表面接触力、fix smd/wall_surfaceMACHDYN 包中的表面墙。赞分享科研科学计算高性能计算【免费下载链接】lammpsPublic development project of the LAMMPS MD software package项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/la/lammps点击查看免费下载相关推荐LAMMPS fix add/heat 命令详解为颗粒体系注入热量的三种加热模型LAMMPS fix add/heat 命令详解为颗粒体系注入热量的三种加热模型 fix add/heat 是 LAMMPS GRANULAR颗粒包中用于科研科学计算高性能计算LAMMPS fix pour 命令详解重力驱动下向模拟体系注入颗粒与分子的实现原理LAMMPS fix pour 命令详解重力驱动下向模拟体系注入颗粒与分子的实现原理 LAMMPS 的 fix pour 是 GRANULAR 包提供的颗粒/科研科学计算高性能计算LAMMPS 颗粒表面Granular Surfaces完全指南从全局/局部三角形与线段壁面到连通性受力模型LAMMPS 颗粒表面Granular Surfaces完全指南从全局/局部三角形与线段壁面到连通性受力模型 本文围绕 LAMMPS 中由三角形3D或科研科学计算高性能计算上一篇BOOTSTRA.386 实战Bootstrap 5.3 Link 链接工具类完全指南下一篇Kronos金融时序预测模型重新定义金融市场的语言理解创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考