LAMMPS模拟:液滴撞击疏水石墨烯表面(Matlab实现)

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本文详细介绍了如何结合LAMMPS(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)和Matlab进行液滴在疏水石墨烯表面的撞击模拟。通过安装LAMMPS、创建输入文件、定义原子类型和相互作用势函数、运行模拟以及分析和可视化结果,可以研究液滴行为和表面相互作用,为相关研究提供参考。

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简介:
本文将介绍如何使用LAMMPS(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)和Matlab实现液滴在疏水石墨烯表面的撞击模拟。LAMMPS是一种用于原子和分子模拟的开源软件包,它能够模拟大规模的粒子系统,并提供丰富的功能和灵活性。

步骤1:安装和配置LAMMPS
首先,您需要从LAMMPS官方网站(https://lammps.sandia.gov/)下载和安装LAMMPS软件包。安装完成后,请确保将LAMMPS的可执行文件路径添加到系统的环境变量中,以便在终端或命令提示符中直接调用LAMMPS命令。

步骤2:创建输入文件
在Matlab中创建一个输入文件,该文件将包含LAMMPS模拟的参数和命令。以下是一个示例输入文件的基本结构:

% 液滴撞击疏水石墨烯表面模拟

% 设置模拟参数
dimension = 2;              
### LAMMPS 模拟液滴润湿表面并使用 MATLAB 进行铺展长度统计 #### 使用 LAMMPS 模拟液滴润湿行为 为了研究液滴在固体表面上的润湿行为,可以通过LAMMPS分子动力学模拟软件来进行液滴模拟。该过程涉及设置合适的模型参数和边界条件,以确保能够准确反映实际物理现象。 - **建立初始配置**:创建包含液体粒子和固态底物的系统结构文件。通常采用面心立方晶格作为固体基底,并在其上方放置一定数量的分子或其他类型的流体颗粒。 - **定义相互作用势能函数**:指定不同原子间的力场参数,比如Tersoff、EAM或LJ等势能形式来描述物质间的作用力[^2]。 - **施加周期性边界条件**:除了垂直于界面的方向外,在其他两个维度上应用PBC(Periodic Boundary Conditions),从而减少边缘效应的影响。 完成上述准备工作之后启动仿真运行一段时间直至达到平衡状态;在此期间记录下每一时刻体系内各组分的位置坐标信息用于后续分析处理。 #### 利用MATLAB计算铺展长度及其平均值 当获取到了来自LAMMPS输出的数据集后,则可借助MATLAB强大的数值运算能力对其进行深入挖掘: ```matlab % 假设 'data' 是一个 N×3 的矩阵, 表示N个时间点下的三维位置向量. function avg_spread_length = calculate_average_spread(data) spread_lengths = zeros(size(data, 1), 1); % 对每一个时间步求解最大距离 (即为当前时刻的铺展半径). for i = 1:size(data, 1) positions = data{i}; % 获取第i个时间步的所有质点位置 max_distance = 0; % 寻找最远离原点(假设为中心)的最大距离. for j = 1:size(positions, 1) distance_from_center = norm([positions(j, :)]); if(distance_from_center > max_distance) max_distance = distance_from_center; end end spread_lengths(i) = max_distance * 2; % 将其转换成直径表示法. end % 计算所有时间步长上的平均铺展长度. avg_spread_length = mean(spread_lengths); end ``` 这段代码实现了从给定的时间序列数据集中提取每个时间点处液滴的最大扩展范围,并最终得出整个时间段内的平均铺展长度[^1]。
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