LAMMPS 拉伸数据与结构分析

本篇继续镍拉伸实操，说明 CSV 各列是什么意思、如何重画图，以及怎样用 OVITO 检查结构。三篇共用同一个算例包。

下载本系列共用的完整算例和真实数据包。

1. 只分析配套数据，不重新计算#

新解压目录也可直接分析包内的真实结果：

bash analyze.sh

这条命令默认读取 reference/，不会提交 Slurm 作业。自己的计算完成后改用 bash analyze.sh work。两者都会输出完整 CSV 与六张 PNG，并保留原始 21 帧、每帧 500 原子的轨迹。

ls figures
head -n 3 tables/p100-npt-rate0.015-seed56001.csv

bash plot.sh reference

最后一条明确用随包提供的原始实算数据重画参考图；若需要保留自己这次分析的图，请先复制 figures 到另一个目录。

2. 应变的两种定义#

以加载开始时的 Ly0=17.6 Å 为参考：

• 工程应变：engineering_strain = Ly/Ly0 - 1。
• 真实/对数应变：true_strain = ln(Ly/Ly0)。

erate 直接指定工程应变率，因此本例工程应变等于 rate × loading_time_ps。6% 工程应变对应真实应变 ln(1.06)≈0.058269，不是 0.06；不要把两列混用。

3. 应力符号、单位和面积#

LAMMPS metal 单位中的全局压力为 bar，本教程采用拉伸为正的总 Cauchy 应力：

sigma_yy_GPa = -pyy_bar * 0.0001

全局压力包含动能与构型贡献。compute stress/atom 输出的每原子量是 压力×体积，这里为 bar·Å³；不能拿单个数乘 0.0001 就当作 GPa。将对应分量对全体原子求和、除以当前晶胞体积，再转换单位，才与全局应力对应。

表中的名义应力使用加载初始截面积：

sigma_nominal_yy = sigma_Cauchy_yy * (Lx * Lz) / (17.6 * 17.6)

固定横向尺寸时两者相同；横向收缩时会不同。本次 P100、seed56001、0.015 ps⁻¹ 末帧：Cauchy 为 7.394665 GPa，名义值为 7.126583 GPa。

4. 构型应力为何不等于总应力#

本例同时输出：

compute full all stress/atom bath_temp
compute conf all stress/atom NULL pair
compute kinetic all ke/atom

第一项含动能贡献；第二项只含本 EAM 模型的相互作用 virial；第三项输出每原子动能。CSV 的 sigma_config_yy_GPa 与 sigma_kinetic_yy_GPa 相加才是总 yy 应力。

为了直接检查构型应力，脚本对固定瞬时结构施加 ±10⁻⁶ 的 y 微小应变，保持分数坐标不变，用势能差分：

sigma_config_yy = [U(+h)-U(-h)] / (2*h*V)

eV/ų 在此按本版 LAMMPS 单位常数乘 160.21765 转为 GPa。差分快照没有热速度，因此检查的是构型贡献，不能要求它等于含动能的总应力。

12 个快照包含两种横向控制、两种速率的第 0、2000、4000 步，原生应力与独立能量差分最大差约 1.1×10⁻⁸ GPa。这说明本例对同一快照的符号、单位和构型贡献提取相符，不代表温度、尺寸或加载速率已收敛。

5. OVITO 怎么用#

analyze.sh 会调用现有 OVITO Python 3.16.1，使用 CommonNeighborAnalysisModifier / AdaptiveCutoff 分析每条轨迹的初、末帧，保留每个原子的 ID、坐标和 CNA 标签。GUI 观察时打开：

work/transverse/p100-npt-rate0.015-seed56001/tension.dump

在 OVITO 添加 Common Neighbor Analysis，选择 Adaptive cutoff。与本例三方向周期边界保持一致；颜色可按 Structure Type 显示。这里 0/1/2/3/4 分别是 Other/FCC/HCP/BCC/ICO。

head -n 5 work/transverse/structure-analysis/p100-npt-rate0.015-seed56001-step4000.csv

本次 16 条轨迹初末均为 500 个 FCC 标签，没有出现 CNA 判定的 HCP/BCC/ICO/Other。CNA 是局部几何分类，不能单凭标签给出相稳定性、断裂韧性或屈服强度；Other 也可能来自表面、热噪声或畸变，不自动等于新物相。

6. 输出文件对照#

参考：LAMMPS 原子应力定义、OVITO Common Neighbor Analysis。