LAMMPS模拟Ni金属剪切行为研究

"使用EAM势模拟金属镍（Ni）的剪切行为，通过LAMMPS软件进行分子动力学仿真，研究Ni的剪切性质。提供的Word文档包含了程序代码和运行结果，需将程序另存为TXT文件并转换为LAMMPS可执行的IN文件。" 在材料科学中，理解金属的剪切行为对于预测和优化其在各种工程应用中的性能至关重要。本实验使用了嵌入原子方法（Embedded Atom Method, EAM）势来描述镍（Ni）的原子间相互作用，这是一种常用的势函数，能够有效地模拟金属的力学性质。LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一个强大的分子动力学模拟软件，能够处理大规模的原子系统，适用于模拟材料的多种物理和化学过程。 在LAMMPS的输入文件（Ni.txt）中，首先设置了模拟的基本参数。`units metal`设定单位为金属单位，`boundary sss`表示模拟箱在三个方向上都具有周期性边界条件。`atom_style atomic`说明使用的是原子类型的原子风格。接着，使用`lattice fcc 3.52`定义了面心立方（fcc）晶格结构，其晶格常数为3.52 Å。 创建了一个名为`box`的区域，用于放置镍原子。`create_box 1 box`和`create_atoms 1 box`命令创建一个模拟箱并填充原子。`pair_style eam`指定了使用EAM势，而`pair_coeff Ni_u3.eam`指定了具体的势函数文件，该文件通常包含了镍的势能参数。 `neighbor 2.0 bin`设置最近邻搜索的距离阈值和搜索类型，`neigh_modify delay 5`延迟更新邻居列表以提高效率。接下来定义了不同区域的原子组，如`lower`、`upper`和`boundary`，这些组将用于模拟剪切过程中的上下边界和边界层。 `group mobile subtract all boundary`定义了移动组，即除边界层外的所有原子。`compute new2 all centro/atom fcc`和`compute new3 mobile temp`计算原子中心和移动组的温度。`fix 1 all nve`保持系统总动量守恒，`fix 2 lower setforce NULL NULL 0.0`和`fix 3 upper setforce NULL NULL 0.0`分别对下边界和上边界施加力，模拟剪切过程。`fix 4 mobile temp/rescale 1030.030.05.01.0`控制移动组的温度。 `velocity mobile create 30887723 temp new3`命令初始化原子速度，模拟初始温度。`dump`和`timestep`命令用于输出数据和设置时间步长，`thermo_style custom`定义输出的性能指标，`thermo_modify temp new3`指定使用计算的温度。然后，通过`velocity`命令设置和改变上、下边界的速度，模拟剪切运动，最后运行模拟并输出结果。 实验的执行命令是`lmp_serial.exe -in Ni.txt`，但警告信息表明可能无法打开日志文件，这可能需要检查LAMMPS的运行环境和文件路径。 这个实验不仅提供了模拟剪切行为的基础框架，还演示了如何使用LAMMPS进行分子动力学模拟，以及如何解释和分析模拟结果。对于材料科学的研究者来说，这是深入理解金属材料力学性质和优化材料设计的一个重要工具。