compute pressure命令解读

YZH_jesse

compute pressure 命令

语法: compute ID group-ID pressure temp-ID keyword ...


temp-ID 用来计算温度的compute的ID，如果在压力计算中不考虑动能（kinetic energy) 项，则temp-ID可设置为NULL   （PS：动能项也称为温度项）


keyword和示例具体查阅官网 https://lammps.sandia.gov/doc/compute_pressure.html


描述：


这个命令用来计算体系的全局压力。语法中的group-ID必须设置为all。压力计算公式如下：

        
其中N代表真实自由度比维数（really degrees-of-freedom (DOF) divided by d = dimensionality），自由度(DOF)的数值由compute temp命令得到；KB是Boltzmann常数，T是温度，d是系统的维数。第二项是virial项，它的值等于-dU/dV，对所有的成对项以及二体、三体、四体、多体、长程相互作用进行计算，ri和fi分别代表原子 i 位置和力的矢量，黑点代表点积。当使用周期性边界的时候，N‘将同样包含镜像中的原子，即所谓的 ghost atoms，它们的位置和力的矢量也包含在公式中。如果不使用周期性边界，N’=N，就只包含盒子内的所有原子。Fix施加的约束（比如fix shake）同样会作用在virial项。

这个compute命令同样会计算得到一个对称的压力张量（symmetric pressure tensor），该张量以六元向量的方式被存储。六元向量的顺序分别为：xx, yy, zz, xy, xz, yz。I J方向上的压力向量的计算公式和上述公式相似，只是位置、速度、力采用了对应方向（x, y, z）上的分量。

如果没有额外的keywords，那么上述公式中的所有项都会被计算。这其中包含了动能项（温度）和virial项（pair、bond、angle、dihedral、improper、kspace（long range）and fix对每个原子的力）；如果使用了keywords，那么就只有keyword所对应的那一项会被计算，举例来说，如果keyword选择为ke，那么就只有ke项（即等式右边的第一部分）会被计算在压力张量中；如果keyword选择为virial，该compute命令就会计算除了ke项以外的所有其他项（即等式右边的第二部分）；如果keyword选择为pair，那么就只有virial项中的pair对压力的贡献被计算。
        
keyword pair/hybrid代表只计算hybrid 或者 hybrid/overlay 的sub-style中的一个对压力张量的贡献
        
注意：温度和动能并不会被这个compute所计算，而是被compute temperature所计算，如果想调用温度项的话，就需要在compute pressure之前定义compute temperature；如果计算压力值时并不想考虑温度项（ke）的影响，那么将temp-ID设置成NULL就行。一般而言，用于compute pressure的compute temperature需要计算所有原子的温度以和virial项保持一致（因为compute pressure的group-ID必须设置成all）。
        
从compute temperature的界面可知，ke=DOF/2*KB*T，ke是粒子速度的函数，粒子速度分为两部分：一是粒子的advection速度，这一项由于某些粒子的集合运动（aggregate motion）产生；二是粒子的热速度（thermal velocity）。两者之和是粒子的总速度，但一般而言只有后者（thermal velocity）是用来计算温度的速度。所以如果想在计算温度的时候只考虑粒子热速度，那么就需要用粒子的总速度减去一个偏差，具体见 https://lammps.sandia.gov/doc/Howto_temperature.html
        
compute thermo_press all pressure thermo_temp 这个命令是默认写在lammps中的，用来做thermo_modify的输出项
        
这个命令会计算得到一个全局的标量（压力），或者是一个六元的全局向量（压力张量），可以通过1-6的下标对这些向量进行索引，同时这些变量也可作为scalar或者vector在其他的命令中当作输入项。压力张量中向量顺序为：pxx pyy pzz pxy pxz pyz。 注意：这个命令所得到的全局标量和压力张量前三项的关系为 press = (pxx + pyy + pzz)/3
        
这个compute得到的标量和向量是“intensive”的，标量和向量的单位都是压力单位（具体的压力单位由 units 设置，以real为例，压力单位就是一个大气压）。


同时也想问一下各位老师，所谓计算得到的标量和向量是“intensive”是什么意思，它应该怎样翻译成中文呢？


PS：这个是我自己翻译以便加深理解的，希望各位大佬批评指正。
        

Etnicotinate

intensive是指具有强度性质的，这里是说压强是强度量（intensive quantity），类似温度、密度，最直观的特点是不具有加和性；与之对应的是广度（延）性质（extensive property），比如质量、体积，通常情况下可以直接加和。

感谢楼主整理出temp和press的出处，我在用LAMMPS计算弹性张量，部分数值有偏差，看到这一篇，突然发现弹性张量通常使用的Voigt表示和LAMMPS内置的press的方向顺序是不一样的：Voigt表示是xx↦1,yy↦2,zz↦3,yz↦4,xz↦5,xy↦6，而LAMMPS中的压强顺序则是xx, yy, zz, xy, xz, yz，需要手动重新赋值对应起来。