LAMMPS 专题

LAMMPS球粒子与非球形数据

两粒子最小合法数据、属性设置、原生读写与结构示意，配套完整输入和实算结果。

更新于 2026-10-29约 11 分钟阅读按任务与环境选择适用配置

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本组例子解决一个常见问题：选好 atom_style 后，Atoms 每列该填什么，电荷、密度、取向等属性怎样一起保存。每个模型只有两个粒子，先读入数据，设置速度，再写出、清空和读回。它们是可直接修改的数据文件模板；没有配置相互作用势，也没有计算材料性质。

资料包使用 LAMMPS 30Sep2026；基础类型调用 lammps/30Sep2026-p100-gpu，Kokkos 条目调用 lammps/30Sep2026-p100-kokkos。这两套模块分别加载相应的 MPI/CUDA 环境，后处理使用 ase/3.29.0 环境中的 NumPy/Matplotlib。先用模块切换环境，不要把两套 LAMMPS 的动态库路径混在一起。

先下载、提交，再查看输出#

下载完整的41例数据文件、输入脚本与参考结果。在个人工作目录执行：

mkdir atom-data
cd atom-data
curl -fL https://yuansuan.top/assets/downloads/full-function/lammps-atom-data-wave77-d41f95983061.zip -o examples.zip
unzip examples.zip
sbatch submit.slurm

submit.slurm 申请一个 P100、一个 CPU 核；脚本逐个运行，Kokkos 条目会初始化 GPU 后端，基础类型仅做原生数据读写。没有 GPU 力计算或性能测试。提交后先看作业输出，再提取数据：

module purge
module load ase/3.29.0
python analyze.py work
python export_xyz.py work
python plot_results.py work
head -8 work/analysis/atom-style-io.csv

依次得到 first.data、读回后的 second.data、两份坐标与速度 dump、属性 CSV、位置 XYZ 和四张原图。已完成算例位于 reference/，可以把上述三个命令的 work 换为 reference 查看配套结果。重新计算请重新解压到新目录。

所有类型共同的读写流程#

下面是 atomic 的完整输入。更换类型时，atom_style 与 input.data 的列格式必须同时匹配；带模板的类型还有额外的初始化步骤。

units lj
dimension 3
atom_style atomic 
read_data input.data
velocity all set .1 .2 .3
write_data first.data nocoeff noinit
write_dump all custom first.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
clear
units lj
dimension 3
atom_style atomic 
read_data first.data
write_data second.data nocoeff noinit
write_dump all custom second.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
print "IO_ROUNDTRIP_DONE"

nocoeff 不输出势参数，noinit 用于本例的数据读写，不初始化力模型。要做真实动力学，需要另行设置对应势函数、参数和积分器，并正常执行 run；不要把这里的零步读写当作已经完成的物性计算。velocity all set 是人为给定速度，不是按温度抽样。

write_data 在每个原子行末增加 nx ny nz 三个周期映像标志，本例均为0。读取自己生成的数据时保留它们即可。

实际输入数据的xy投影与属性

图中蓝黄分别标识两个粒子，位置、尺寸、取向及标注均取自实际输出；是xy投影，z信息仍完整保存在data/CSV中。

本篇类型与列顺序#

类型	实际Atoms列（不含末尾可选映像标志）
`sphere`	`id type diameter density x y z`
`bpm/sphere`	`id molecule type diameter density x y z`
`ellipsoid`	`id type ellipsoidflag density x y z`
`line`	`id molecule type lineflag density x y z`
`tri`	`id molecule type triangleflag density x y z`
`body`	`id type bodyflag mass x y z`
`hybrid`	`id type x y z q diameter density`

sphere：最小可修改数据#

Atoms 中写直径和密度，软件据体积计算每粒子质量；不是半径和质量。

先看配套文件：

head -60 inputs/sphere/input.data
cat inputs/sphere/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal sphere data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Atoms # sphere

1 1 1.2 2 2 2 2
2 1 .8 3 5 5 5

bpm/sphere：最小可修改数据#

在球粒子字段中增加分子ID，并支持相应键模型；本例没有额外建立BPM键。

先看配套文件：

head -60 inputs/bpm-sphere/input.data
cat inputs/bpm-sphere/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal bpm/sphere data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Atoms # bpm/sphere

1 1 1 1.2 2 2 2 2
2 1 1 .8 3 5 5 5

ellipsoid：最小可修改数据#

Atoms 用标志1声明有限尺寸椭球；长短轴尺寸和四元数放在 Ellipsoids。这里的尺寸是全轴长。

先看配套文件：

head -60 inputs/ellipsoid/input.data
cat inputs/ellipsoid/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal ellipsoid data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types
2 ellipsoids

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Atoms # ellipsoid

1 1 1 2 2 2 2
2 1 1 3 5 5 5

Ellipsoids

1 1.2 .8 .6 1 0 0 0
2 .8 1.4 .6 .9238795325112867 0 0 .3826834323650898

line：最小可修改数据#

必须使用二维盒子，所有z坐标为0；Lines 每行给ID和两端点xy。

先看配套文件：

head -60 inputs/line/input.data
cat inputs/line/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal line data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types
2 lines

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
-1 1 zlo zhi

Atoms # line

1 1 1 1 2 2 2 0
2 1 1 1 3 5 5 0

Lines

1 1.5 2 2.5 2
2 4.5 4.5 5.5 5.5

本例完整输入：

units lj
dimension 2
atom_style line 
read_data input.data
velocity all set .1 .2 0
write_data first.data nocoeff noinit
write_dump all custom first.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
clear
units lj
dimension 2
atom_style line 
read_data first.data
write_data second.data nocoeff noinit
write_dump all custom second.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
print "IO_ROUNDTRIP_DONE"

tri：最小可修改数据#

Triangles 按ID给三个顶点的xyz；Atoms 中的位置是粒子中心，密度不是直接的总质量。

先看配套文件：

head -60 inputs/tri/input.data
cat inputs/tri/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal tri data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types
2 triangles

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Atoms # tri

1 1 1 1 2 2 2 2
2 1 1 1 3 5 5 5

Triangles

1 1.5 1.7113248654051871 2 2.5 1.7113248654051871 2 2 2.5773502691896257 2
2 4.5 4.711324865405187 5 5.5 4.711324865405187 5 5 5.577350269189626 5

body：最小可修改数据#

使用 body nparticle 2 10；每个刚体由3个子粒子组成，Atoms 中的3是刚体总质量。Bodies 记录子粒子数、惯量和相对质心坐标。

先看配套文件：

head -60 inputs/body/input.data
cat inputs/body/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal body data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types
2 bodies

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Atoms # body

1 1 1 3 2 2 2
2 1 1 3 5 5 5

Bodies

1 1 15
3
.5 .5 1 0 0 0
-.5 -0.28867513459481287 0
.5 -0.28867513459481287 0
0 0.5773502691896257 0
2 1 15
3
.5 .5 1 0 0 0
-.5 -0.28867513459481287 0
.5 -0.28867513459481287 0
0 0.5773502691896257 0

本例完整输入：

units lj
dimension 3
atom_style body nparticle 2 10
read_data input.data
velocity all set .1 .2 .3
write_data first.data nocoeff noinit
write_dump all custom first.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
clear
units lj
dimension 3
atom_style body nparticle 2 10
read_data first.data
write_data second.data nocoeff noinit
write_dump all custom second.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
print "IO_ROUNDTRIP_DONE"

每条 Bodies 记录的首行是 atom-ID ninteger ndouble，本例为 1 1 15；下一行的3表示3个子粒子。15个浮点数=6个惯量分量+9个相对坐标。惯量是当前空间取向下的 Ixx Iyy Izz Ixy Ixz Iyz，必须与子粒子分布及质量一致，不能随意填。

hybrid：最小可修改数据#

本例组合 charge sphere，同时保存电荷与球粒子信息。两种质量机制并存时，设置类型质量和逐粒子质量，动力学优先使用逐粒子质量。

先看配套文件：

head -60 inputs/hybrid/input.data
cat inputs/hybrid/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal hybrid data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Masses

1 2.0

Atoms # hybrid

1 1 2 2 2 .5 1.2 2
2 1 5 5 5 -.5 .8 3

本例完整输入：

units lj
dimension 3
atom_style hybrid charge sphere
read_data input.data
velocity all set .1 .2 .3
write_data first.data nocoeff noinit
write_dump all custom first.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
clear
units lj
dimension 3
atom_style hybrid charge sphere
read_data first.data
write_data second.data nocoeff noinit
write_dump all custom second.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
print "IO_ROUNDTRIP_DONE"

如何核对结果与继续使用#

实际两次写出覆盖全部原子属性、质量/形状/拓扑附加段、速度及坐标dump。41例逐项核对通过；数值差异只在有限尺寸几何的浮点舍入范围内，完整误差在CSV中。

head -12 work/analysis/atom-style-io.csv
head -5 work/analysis/xyz/charge-attributes.csv
head -5 work/analysis/xyz/charge.xyz

XYZ导出工具只输出位置，电荷、取向、密度等另存属性CSV；继续计算时保留原生data文件及附加段。只把XYZ读回不能恢复完整模型。图件为PNG原图，可点击放大。

本包统一使用约化 units lj 演示存储格式，数值是教学输入；套用真实体系时，把单位、质量、相互作用参数、边界、粒子属性及积分器作为一个整体检查。尤其电子、磁性、流变与连续介质模型不要直接套用这里的人为参数。

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字段解释参照官方atom_style说明、read_data说明和Body粒子说明，实际列顺序以本教程对应30Sep2026原生写出文件为准。

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