git-svn-id: svn://svn.icms.temple.edu/lammps-ro/trunk@16053 f3b2605a-c512-4ea7-a41b...
[lammps.git] / doc / src / fix_atc.txt
blob75a82f063ade59000a7cfa02cf89225a3a099d4c
1 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
3 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
4 :link(ld,Manual.html)
5 :link(lc,Section_commands.html#comm)
7 :line
9 fix atc command :h3
11 [Syntax:]
13 fix <fixID> <group> atc <type> <parameter_file> :pre
15 fixID = name of fix :l
16 group = name of group fix is to be applied :l
17 type = {thermal} or {two_temperature} or {hardy} or {field} :l
18  {thermal} = thermal coupling with fields: temperature
19  {two_temperature} = electron-phonon coupling with field: temperature and electron_temperature
20  {hardy} = on-the-fly post-processing using kernel localization functions (see "related" section for possible fields)
21  {field} = on-the-fly post-processing using mesh-based localization functions (see "related" section for possible fields) :pre
22 parameter_file = name of the file with material parameters. Note: Neither hardy nor field requires a parameter file :l
23 :ule
25 [Examples:]
27 fix AtC internal atc thermal Ar_thermal.dat
28 fix AtC internal atc two_temperature Ar_ttm.mat
29 fix AtC internal atc hardy
30 fix AtC internal atc field :pre
32 [Description:]
34 This fix is the beginning to creating a coupled FE/MD simulation and/or an on-the-fly estimation of continuum fields. The coupled versions of this fix do Verlet integration and the post-processing does not. After instantiating this fix, several other fix_modify commands will be needed to set up the problem, e.g. define the finite element mesh and prescribe initial and boundary conditions.
36 :c,image(JPG/atc_nanotube.jpg)
38 The following coupling example is typical, but non-exhaustive:
39  # ... commands to create and initialize the MD system :pre
41  # initial fix to designate coupling type and group to apply it to
42  # tag group physics material_file
43  fix AtC internal atc thermal Ar_thermal.mat :pre
45  # create a uniform 12 x 2 x 2 mesh that covers region contain the group
46  # nx ny nz region periodicity
47  fix_modify AtC mesh create 12 2 2 mdRegion f p p :pre
49  # specify the control method for the type of coupling
50  # physics control_type
51  fix_modify AtC thermal control flux :pre
53  # specify the initial values for the empirical field "temperature"
54  # field node_group value
55  fix_modify AtC initial temperature all 30 :pre
57  # create an output stream for nodal fields
58  # filename output_frequency
59  fix_modify AtC output atc_fe_output 100 :pre
61  run 1000 :pre
63 likewise for this post-processing example:
65  # ... commands to create and initialize the MD system :pre
67  # initial fix to designate post-processing and the group to apply it to
68  # no material file is allowed nor required
69  fix AtC internal atc hardy :pre
71  # for hardy fix, specific kernel function (function type and range) to # be used as a localization function
72  fix AtC kernel quartic_sphere 10.0 :pre
74  # create a uniform 1 x 1 x 1 mesh that covers region contain the group
75  # with periodicity this effectively creats a system average
76  fix_modify AtC mesh create 1 1 1 box p p p :pre
78  # change from default lagrangian map to eulerian
79  # refreshed every 100 steps
80  fix_modify AtC atom_element_map eulerian 100 :pre
82  # start with no field defined
83  # add mass density, potential energy density, stress and temperature
84  fix_modify AtC fields add density energy stress temperature :pre
86  # create an output stream for nodal fields
87  # filename output_frequency
88  fix_modify AtC output nvtFE 100 text :pre
90  run 1000 :pre
92 the mesh's linear interpolation functions can be used as the localization function
93  by using the field option:
95  fix AtC internal atc field
97  fix_modify AtC mesh create 1 1 1 box p p p
99  ...
101 Note coupling and post-processing can be combined in the same simulations using separate fixes.
103 :line
105 [Restart, fix_modify, output, run start/stop, minimize info:]
107 No information about this fix is written to "binary restart files"_restart.html.  The "fix_modify"_fix_modify.html options relevant to this fix are listed below.  No global scalar or vector or per-atom quantities are stored by this fix for access by various "output commands"_Section_howto.html#howto_15.  No parameter of this fix can be used with the {start/stop} keywords of the "run"_run.html command.  This fix is not invoked during "energy minimization"_minimize.html.
109 [Restrictions:]
111 Thermal and two_temperature (coupling) types use a Verlet time-integration algorithm. The hardy type does not contain its own time-integrator and must be used with a separate fix that does contain one, e.g. nve, nvt, etc.
113 Currently,
114 - the coupling is restricted to thermal physics
115 - the FE computations are done in serial on each processor. :ul
117 [Related commands:]
119 After specifying this fix in your input script, several other "fix_modify"_fix_modify.html commands are used to setup the problem, e.g. define the finite element mesh and prescribe initial and boundary conditions.
121 fix_modify commands for setup:
123 "fix_modify AtC mesh create"_USER/atc/man_mesh_create.html
124 "fix_modify AtC mesh quadrature"_USER/atc/man_mesh_quadrature.html
125 "fix_modify AtC mesh read"_USER/atc/man_mesh_read.html
126 "fix_modify AtC mesh write"_USER/atc/man_mesh_write.html
127 "fix_modify AtC mesh create_nodeset"_USER/atc/man_mesh_create_nodeset.html
128 "fix_modify AtC mesh add_to_nodeset"_USER/atc/man_mesh_add_to_nodeset.html
129 "fix_modify AtC mesh create_faceset box"_USER/atc/man_mesh_create_faceset_box.html
130 "fix_modify AtC mesh create_faceset plane"_USER/atc/man_mesh_create_faceset_plane.html
131 "fix_modify AtC mesh create_elementset"_USER/atc/man_mesh_create_elementset.html
132 "fix_modify AtC mesh delete_elements"_USER/atc/man_mesh_delete_elements.html
133 "fix_modify AtC mesh nodeset_to_elementset"_USER/atc/man_mesh_nodeset_to_elementset.html
134 "fix_modify AtC boundary"_USER/atc/man_boundary.html
135 "fix_modify AtC internal_quadrature"_USER/atc/man_internal_quadrature.html
136 "fix_modify AtC time_integration (thermal)"_USER/atc/man_thermal_time_integration.html
137 "fix_modify AtC time_integration (momentum)"_USER/atc/man_momentum_time_integration.html
138 "fix_modify AtC extrinsic electron_integration"_USER/atc/man_electron_integration.html
139 "fix_modify AtC internal_element_set"_USER/atc/man_internal_element_set.html
140 "fix_modify AtC decomposition"_USER/atc/man_decomposition.html :ul
142 fix_modify commands for boundary and initial conditions:
144 "fix_modify AtC initial"_USER/atc/man_initial.html
145 "fix_modify AtC fix"_USER/atc/man_fix_nodes.html
146 "fix_modify AtC unfix"_USER/atc/man_unfix_nodes.html
147 "fix_modify AtC fix_flux"_USER/atc/man_fix_flux.html
148 "fix_modify AtC unfix_flux"_USER/atc/man_unfix_flux.html
149 "fix_modify AtC source"_USER/atc/man_source.html
150 "fix_modify AtC remove_source"_USER/atc/man_remove_source.html :ul
152 fix_modify commands for control and filtering:
154 "fix_modify AtC control"_USER/atc/man_control.html
155 "fix_modify AtC control thermal"_USER/atc/man_control_thermal.html
156 "fix_modify AtC control thermal correction_max_iterations"_USER/atc/man_control_thermal_correction_max_iterations.html
157 "fix_modify AtC control momentum"_USER/atc/man_control_momentum.html
158 "fix_modify AtC control localized_lambda"_USER/atc/man_localized_lambda.html
159 "fix_modify AtC control lumped_lambda_solve"_USER/atc/man_lumped_lambda_solve.html
160 "fix_modify AtC control mask_direction"_USER/atc/man_mask_direction.html control
161 "fix_modify AtC filter"_USER/atc/man_time_filter.html
162 "fix_modify AtC filter scale"_USER/atc/man_filter_scale.html
163 "fix_modify AtC filter type"_USER/atc/man_filter_type.html
164 "fix_modify AtC equilibrium_start"_USER/atc/man_equilibrium_start.html
165 "fix_modify AtC extrinsic exchange"_USER/atc/man_extrinsic_exchange.html
166 "fix_modify AtC poisson_solver"_USER/atc/man_poisson_solver.html :ul
168 fix_modify commands for output:
170 "fix_modify AtC output"_USER/atc/man_output.html
171 "fix_modify AtC output nodeset"_USER/atc/man_output_nodeset.html
172 "fix_modify AtC output elementset"_USER/atc/man_output_elementset.html
173 "fix_modify AtC output boundary_integral"_USER/atc/man_boundary_integral.html
174 "fix_modify AtC output contour_integral"_USER/atc/man_contour_integral.html
175 "fix_modify AtC mesh output"_USER/atc/man_mesh_output.html
176 "fix_modify AtC write_restart"_USER/atc/man_write_restart.html
177 "fix_modify AtC read_restart"_USER/atc/man_read_restart.html :ul
179 fix_modify commands for post-processing:
181 "fix_modify AtC kernel"_USER/atc/man_hardy_kernel.html
182 "fix_modify AtC fields"_USER/atc/man_hardy_fields.html
183 "fix_modify AtC grdients"_USER/atc/man_hardy_gradients.html
184 "fix_modify AtC rates"_USER/atc/man_hardy_rates.html
185 "fix_modify AtC computes"_USER/atc/man_hardy_computes.html
186 "fix_modify AtC on_the_fly"_USER/atc/man_hardy_on_the_fly.html
187 "fix_modify AtC pair_interactions/bond_interactions"_USER/atc/man_pair_interactions.html
188 "fix_modify AtC sample_frequency"_USER/atc/man_sample_frequency.html
189 "fix_modify AtC set"_USER/atc/man_set.html :ul
191 miscellaneous fix_modify commands:
193 "fix_modify AtC atom_element_map"_USER/atc/man_atom_element_map.html
194 "fix_modify AtC atom_weight"_USER/atc/man_atom_weight.html
195 "fix_modify AtC write_atom_weights"_USER/atc/man_write_atom_weights.html
196 "fix_modify AtC reset_time"_USER/atc/man_reset_time.html
197 "fix_modify AtC reset_atomic_reference_positions"_USER/atc/man_reset_atomic_reference_positions.html
198 "fix_modify AtC fe_md_boundary"_USER/atc/man_fe_md_boundary.html
199 "fix_modify AtC boundary_faceset"_USER/atc/man_boundary_faceset.html
200 "fix_modify AtC consistent_fe_initialization"_USER/atc/man_consistent_fe_initialization.html
201 "fix_modify AtC mass_matrix"_USER/atc/man_mass_matrix.html
202 "fix_modify AtC material"_USER/atc/man_material.html
203 "fix_modify AtC atomic_charge"_USER/atc/man_atomic_charge.html
204 "fix_modify AtC source_integration"_USER/atc/man_source_integration.html
205 "fix_modify AtC temperature_definition"_USER/atc/man_temperature_definition.html
206 "fix_modify AtC track_displacement"_USER/atc/man_track_displacement.html
207 "fix_modify AtC boundary_dynamics"_USER/atc/man_boundary_dynamics.html
208 "fix_modify AtC add_species"_USER/atc/man_add_species.html
209 "fix_modify AtC add_molecule"_USER/atc/man_add_molecule.html
210 "fix_modify AtC remove_species"_USER/atc/man_remove_species.html
211 "fix_modify AtC remove_molecule"_USER/atc/man_remove_molecule.html :ul
213 Note: a set of example input files with the attendant material files are included with this package
215 [Default:]
216 None
218 :line
220 For detailed exposition of the theory and algorithms please see:
222 :link(Wagner)
223 [(Wagner)] Wagner, GJ; Jones, RE; Templeton, JA; Parks, MA, "An atomistic-to-continuum coupling method for heat transfer in solids." Special Issue of Computer Methods and Applied Mechanics (2008) 197:3351.
225 :link(Zimmeman2004)
226 [(Zimmerman2004)] Zimmerman, JA; Webb, EB; Hoyt, JJ;. Jones, RE; Klein, PA; Bammann, DJ, "Calculation of stress in atomistic simulation." Special Issue of Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering (2004), 12:S319.
228 :link(Zimmerman2010)
229 [(Zimmerman2010)] Zimmerman, JA; Jones, RE; Templeton, JA, "A material frame approach for evaluating continuum variables in atomistic simulations." Journal of Computational Physics (2010), 229:2364.
231 :link(Templeton2010)
232 [(Templeton2010)] Templeton, JA; Jones, RE; Wagner, GJ, "Application of a field-based method to spatially varying thermal transport problems in molecular dynamics." Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering (2010), 18:085007.
234 :link(Jones)
235 [(Jones)] Jones, RE; Templeton, JA; Wagner, GJ; Olmsted, D; Modine, JA, "Electron transport enhanced molecular dynamics for metals and semi-metals." International Journal for Numerical Methods in Engineering (2010), 83:940.
237 :link(Templeton2011)
238 [(Templeton2011)] Templeton, JA; Jones, RE; Lee, JW; Zimmerman, JA; Wong, BM, "A long-range electric field solver for molecular dynamics based on atomistic-to-continuum modeling." Journal of Chemical Theory and Computation (2011), 7:1736.
240 :link(Mandadapu)
241 [(Mandadapu)] Mandadapu, KK; Templeton, JA; Lee, JW, "Polarization as a field variable from molecular dynamics simulations." Journal of Chemical Physics (2013), 139:054115.
243 Please refer to the standard finite element (FE) texts, e.g. T.J.R Hughes " The finite element method ", Dover 2003, for the basics of FE simulation.