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brucefan

专家顾问 (著名写手)

[交流] 用GPUMD计算的石墨烯拉伸曲线

最近在写程序，交流一下测试结果。我的目标是写一个在某些方面比lammp好用的小巧的程序。我的程序叫GPUMD，意思是graphics processing units molecular dynamics。主要特点是用GPU加速多体势，但所有的功能也有纯CPU版本。

经常看到有人讨论怎么计算stress-strain曲线。今天我用自己的程序算了一下石墨烯的拉伸曲线，感觉结果对势模型依赖比较大。文献中一般都是用AIREBO势做这个事情，但我的程序现在只有Tersoff势。不改变参数时算出的 fracture strain非常大。改了两个势参数（将Tersoff势中的两个半径参数都增加 0.2 Angstrom）之后结果好一些了。这个改变不影响杨氏模量Y的值。我计算出来的值很接近Y=1TPa。

先贴一下我的程序做这个事情的脚本(初始坐标以及相关的信息要从另一个文件读入）。看上去是不是比lammps简单？
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# This input computes the stress-strain relation for a pristine graphene sample
potential             potentials/graphene_2.tersoff # file name which contain the potential parameters
velocity                300.0 # 300 K
# equilibration:
ensemble             npt_ber 300 0.005 0.0 0.0 0.0 0.0005 # NPT (Berendsen method)
time_step          1.0    # 1 fs
run                   10000  # 10 ps
# compute the stress-strain relation:
ensemble                npt_ber 300 0.005 0.0 0.0 0.0 0.0005 # NPT (Berendsen method)
compute_stress_strain 0.0005 1 # strain rate = 0.0005 A/fs; along the zigzag direction
dump_thermo          1    # dump results every time step
run                         25000 # 25 ps
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体系大小为960个原子，模拟总时间为35ps，用我的程序的串行CPU版本耗时38秒。我感觉比lammps的串行版本快两三倍。

再说说我的算法。我要计算x方向（选为zigzag方向）的stress-strain曲线。在x,y方向都用周期边界条件，并采用NPT系综，控制温度在300开附近，y方向的压强为零附近。x方向的盒子长度则以0.0005 A/fs的速率增大（单轴拉伸）。我的体系大概是5nm x 5nm的大小。拉伸25ps相当于将盒子拉长1.25 nm，得到的最大形变为1.25/5=25%。这个时候石墨烯已经被拉断了。结果见下图：

untitled.png

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