LAMMPS 应变应力与弹性常数

本文使用鸢算科技集群 LAMMPS 30 Sep 2026 的真实计算。下载输入、参考轨迹、分析脚本与数据图（约 72.5 MB），解压后进入 lammps-examples。cases 保存参考结果，inputs 保存干净输入，使用 new-case.py 创建自己的计算副本。

要完成什么#

先把 FCC 镍优化到零压力，再从同一个 relaxed.restart 分别施加 x 方向 −0.4%、−0.2%、0、0.2%、0.4% 的应变，其他方向尺寸固定。每个应变点优化内部坐标，记录 pxx、pyy 和 pzz。

LAMMPS 压力为压缩正号，绘制拉伸正应力需取负号；metal 的压力单位是 bar，乘 1e−4 转成 GPa。对 σxx–εxx 和 σyy–εxx 的斜率，得到本模型 C11 与 C12 的教学估计。

这里只扰动一个正应变分量，没有测得完整 6×6 弹性矩阵，也不能据此给出 C44。各向异性、有限温度和大应变问题，需要相应的全部扰动、热平均或非线性分析。

1 准备并提交#

python new-case.py ni-elastic
cd work/ni-elastic
sbatch run.sh

run.sh 是本算例匹配的核时 P100 或 V10016G 模板。套餐用户按自己的权限使用 yskit 生成提交脚本，保留下面的计算命令。完整模拟在计算节点执行。其他例子回到资料包根目录，替换目录名后分别提交。

2 实际计算命令与输入#

ni-elastic#

mpirun -np 1 lmp -sf gpu -pk gpu 1 -in in.lammps > stdout.log 2>&1

下面是 ni-elastic/in.lammps 的完整输入；其他目录的完整输入也在资料包中。

units metal
atom_style atomic
boundary p p p
lattice fcc 3.52
region box block 0 6 0 6 0 6
create_box 1 box
create_atoms 1 box
mass 1 58.6934
pair_style eam
pair_coeff * * Ni_u3.eam
neighbor 0.3 bin
neigh_modify every 1 delay 0 check yes
thermo 100
thermo_style custom step time atoms temp pe ke etotal press vol density
thermo_modify norm no format float %.12g
fix relax all box/relax iso 0 vmax .001
minimize 1e-12 1e-8 3000 20000
unfix relax
write_restart relaxed.restart
clear
units metal
atom_style atomic
read_restart relaxed.restart
pair_style eam
pair_coeff * * Ni_u3.eam
change_box all x scale 0.996 remap
minimize 1e-12 1e-8 2000 10000
run 0
print "-0.004 $(pxx:%.12g) $(pyy:%.12g) $(pzz:%.12g) $(pe:%.12g)" append elastic.dat screen no
clear
units metal
atom_style atomic
read_restart relaxed.restart
pair_style eam
pair_coeff * * Ni_u3.eam
change_box all x scale 0.998 remap
minimize 1e-12 1e-8 2000 10000
run 0
print "-0.002 $(pxx:%.12g) $(pyy:%.12g) $(pzz:%.12g) $(pe:%.12g)" append elastic.dat screen no
clear
units metal
atom_style atomic
read_restart relaxed.restart
pair_style eam
pair_coeff * * Ni_u3.eam
change_box all x scale 1 remap
minimize 1e-12 1e-8 2000 10000
run 0
print "0 $(pxx:%.12g) $(pyy:%.12g) $(pzz:%.12g) $(pe:%.12g)" append elastic.dat screen no
clear
units metal
atom_style atomic
read_restart relaxed.restart
pair_style eam
pair_coeff * * Ni_u3.eam
change_box all x scale 1.002 remap
minimize 1e-12 1e-8 2000 10000
run 0
print "0.002 $(pxx:%.12g) $(pyy:%.12g) $(pzz:%.12g) $(pe:%.12g)" append elastic.dat screen no
clear
units metal
atom_style atomic
read_restart relaxed.restart
pair_style eam
pair_coeff * * Ni_u3.eam
change_box all x scale 1.004 remap
minimize 1e-12 1e-8 2000 10000
run 0
print "0.004 $(pxx:%.12g) $(pyy:%.12g) $(pzz:%.12g) $(pe:%.12g)" append elastic.dat screen no

3 查看输出与实际数据#

tail -n 30 stdout.log
ls -lh

stdout.log 是计算输出；轨迹保存在 trajectory.lammpstrj（适用的算例），结构保存在 final.data。静态扫描和 run 0 对照不一定生成动力学轨迹。以下动态均值取最后一个热力学输出块的后半段；静态结果取对应输出，单位随输入确定。

LJ/珠簧例子使用约化单位；metal 为 K、g/cm³、eV；水的 real 单位为 K、g/cm³、kcal/mol。势能列是整个体系的总量，跨不同原子数不可直接相比。

本次拟合得到 C11 = 233.27 GPa、C12 = 154.30 GPa。输入 metal 中应力的 bar→GPa 转换和负号已在分析脚本中实现。

4 提取数据与重画#

回到附件根目录，使用已经安装的 ASE Python 环境执行真实数据分析脚本：

module load ase/3.29.0
python analyze.py --root .
ls analysis
ls figures

脚本使用 NumPy/Matplotlib，读取参考日志、轨迹和相关函数，生成 CSV 与 PNG。查看 analyze.py 中本篇对应目录的处理段，可以把路径换成你的新结果。完整脚本按本专题的全部参考目录组织，单个新算例不需要假造其他目录来运行；提取对应段即可。

进一步查阅#

• LAMMPS专题目录
• 官方30 Sep 2026手册
• GPU与KOKKOS包的详细使用范围