doc/src/fix_restrain.txt

   1 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
   2
   3 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
   4 :link(ld,Manual.html)
   5 :link(lc,Section_commands.html#comm)
   6
   7 :line
   8
   9 fix restrain command :h3
  10
  11 [Syntax:]
  12
  13 fix ID group-ID restrain keyword args ... :pre
  14
  15 ID, group-ID are documented in "fix"_fix.html command :ulb,l
  16 restrain = style name of this fix command :l
  17 one or more keyword/arg pairs may be appended :l
  18 keyword = {bond} or {angle} or {dihedral} :l
  19   {bond} args = atom1 atom2 Kstart Kstop r0
  20     atom1,atom2 = IDs of 2 atoms in bond
  21     Kstart,Kstop = restraint coefficients at start/end of run (energy units)
  22     r0 = equilibrium bond distance (distance units)
  23   {angle} args = atom1 atom2 atom3 Kstart Kstop theta0
  24     atom1,atom2,atom3 = IDs of 3 atoms in angle, atom2 = middle atom
  25     Kstart,Kstop = restraint coefficients at start/end of run (energy units)
  26     theta0 = equilibrium angle theta (degrees)
  27   {dihedral} args = atom1 atom2 atom3 atom4 Kstart Kstop phi0
  28     atom1,atom2,atom3,atom4 = IDs of 4 atoms in dihedral in linear order
  29     Kstart,Kstop = restraint coefficients at start/end of run (energy units)
  30     phi0 = equilibrium dihedral angle phi (degrees) :pre
  31 :ule
  32
  33 [Examples:]
  34
  35 fix holdem all restrain bond 45 48 2000.0 2000.0 2.75
  36 fix holdem all restrain dihedral 1 2 3 4 2000.0 2000.0 120.0
  37 fix holdem all restrain bond 45 48 2000.0 2000.0 2.75 dihedral 1 2 3 4 2000.0 2000.0 120.0
  38 fix texas_holdem all restrain dihedral 1 2 3 4 0.0 2000.0 120.0 dihedral 1 2 3 5 0.0 2000.0 -120.0 dihedral 1 2 3 6 0.0 2000.0 0.0 :pre
  39
  40 [Description:]
  41
  42 Restrain the motion of the specified sets of atoms by making them part
  43 of a bond or angle or dihedral interaction whose strength can vary
  44 over time during a simulation.  This is functionally similar to
  45 creating a bond or angle or dihedral for the same atoms in a data
  46 file, as specified by the "read_data"_read_data.html command, albeit
  47 with a time-varying pre-factor coefficient, and except for exclusion
  48 rules, as explained below.
  49
  50 For the purpose of forcefield parameter-fitting or mapping a molecular
  51 potential energy surface, this fix reduces the hassle and risk
  52 associated with modifying data files.  In other words, use this fix to
  53 temporarily force a molecule to adopt a particular conformation.  To
  54 create a permanent bond or angle or dihedral, you should modify the
  55 data file.
  56
  57 NOTE: Adding a bond/angle/dihedral with this command does not apply
  58 the exclusion rules and weighting factors specified by the
  59 "special_bonds"_special_bonds.html command to atoms in the restraint
  60 that are now bonded (1-2,1-3,1-4 neighbors) as a result.  If they are
  61 close enough to interact in a "pair_style"_pair_style.html sense
  62 (non-bonded interaction), then the bond/angle/dihedral restraint
  63 interaction will simply be superposed on top of that interaction.
  64
  65 The group-ID specified by this fix is ignored.
  66
  67 The second example above applies a restraint to hold the dihedral
  68 angle formed by atoms 1, 2, 3, and 4 near 120 degrees using a constant
  69 restraint coefficient.  The fourth example applies similar restraints
  70 to multiple dihedral angles using a restraint coefficient that
  71 increases from 0.0 to 2000.0 over the course of the run.
  72
  73 NOTE: Adding a force to atoms implies a change in their potential
  74 energy as they move due to the applied force field.  For dynamics via
  75 the "run"_run.html command, this energy can be added to the system's
  76 potential energy for thermodynamic output (see below).  For energy
  77 minimization via the "minimize"_minimize.html command, this energy
  78 must be added to the system's potential energy to formulate a
  79 self-consistent minimization problem (see below).
  80
  81 In order for a restraint to be effective, the restraint force must
  82 typically be significantly larger than the forces associated with
  83 conventional forcefield terms.  If the restraint is applied during a
  84 dynamics run (as opposed to during an energy minimization), a large
  85 restraint coefficient can significantly reduce the stable timestep
  86 size, especially if the atoms are initially far from the preferred
  87 conformation.  You may need to experiment to determine what value of K
  88 works best for a given application.
  89
  90 For the case of finding a minimum energy structure for a single
  91 molecule with particular restratins (e.g. for fitting forcefield
  92 parameters or constructing a potential energy surface), commands such
  93 as the following may be useful:
  94
  95 # minimize molecule energy with restraints
  96 velocity all create 600.0 8675309 mom yes rot yes dist gaussian
  97 fix NVE all nve
  98 fix TFIX all langevin 600.0 0.0 100 24601
  99 fix REST all restrain dihedral 2 1 3 8 0.0 5000.0 $\{angle1\} dihedral 3 1 2 9 0.0 5000.0 $\{angle2\}
 100 fix_modify REST energy yes
 101 run 10000
 102 fix TFIX all langevin 0.0 0.0 100 24601
 103 fix REST all restrain dihedral 2 1 3 8 5000.0 5000.0 $\{angle1\} dihedral 3 1 2 9 5000.0 5000.0 $\{angle2\}
 104 fix_modify REST energy yes
 105 run 10000
 106 # sanity check for convergence
 107 minimize 1e-6 1e-9 1000 100000
 108 # report unrestrained energies
 109 unfix REST
 110 run 0 :pre
 111
 112 :line
 113
 114 The {bond} keyword applies a bond restraint to the specified atoms
 115 using the same functional form used by the "bond_style
 116 harmonic"_bond_harmonic.html command.  The potential associated with
 117 the restraint is
 118
 119 :c,image(Eqs/bond_harmonic.jpg)
 120
 121 with the following coefficients:
 122
 123 K (energy/distance^2)
 124 r0 (distance) :ul
 125
 126 K and r0 are specified with the fix.  Note that the usual 1/2 factor
 127 is included in K.
 128
 129 :line
 130
 131 The {angle} keyword applies an angle restraint to the specified atoms
 132 using the same functional form used by the "angle_style
 133 harmonic"_angle_harmonic.html command.  The potential associated with
 134 the restraint is
 135
 136 :c,image(Eqs/angle_harmonic.jpg)
 137
 138 with the following coefficients:
 139
 140 K (energy/radian^2)
 141 theta0 (degrees) :ul
 142
 143 K and theta0 are specified with the fix.  Note that the usual 1/2
 144 factor is included in K.
 145
 146 :line
 147
 148 The {dihedral} keyword applies a dihedral restraint to the specified
 149 atoms using a simplified form of the function used by the
 150 "dihedral_style charmm"_dihedral_charmm.html command.  The potential
 151 associated with the restraint is
 152
 153 :c,image(Eqs/dihedral_charmm.jpg)
 154
 155 with the following coefficients:
 156
 157 K (energy)
 158 n = 1
 159 d (degrees) = phi0 + 180 :ul
 160
 161 K and phi0 are specified with the fix.  Note that the value of n is
 162 hard-wired to 1.  Also note that the energy will be a minimum when the
 163 current dihedral angle phi is equal to phi0.
 164
 165 :line
 166
 167 [Restart, fix_modify, output, run start/stop, minimize info:]
 168
 169 No information about this fix is written to "binary restart
 170 files"_restart.html.
 171
 172 The "fix_modify"_fix_modify.html {energy} option is supported by this
 173 fix to add the potential energy associated with this fix to the
 174 system's potential energy as part of "thermodynamic
 175 output"_thermo_style.html.
 176
 177 The "fix_modify"_fix_modify.html {respa} option is supported by this
 178 fix. This allows to set at which level of the "r-RESPA"_run_style.html
 179 integrator the fix is adding its forces. Default is the outermost level.
 180
 181 NOTE: If you want the fictitious potential energy associated with the
 182 added forces to be included in the total potential energy of the
 183 system (the quantity being minimized), you MUST enable the
 184 "fix_modify"_fix_modify.html {energy} option for this fix.
 185
 186 This fix computes a global scalar, which can be accessed by various
 187 "output commands"_Section_howto.html#howto_15.  The scalar is the
 188 potential energy for all the restraints as discussed above. The scalar
 189 value calculated by this fix is "extensive".
 190
 191 No parameter of this fix can be used with the {start/stop} keywords of
 192 the "run"_run.html command.
 193
 194 [Restrictions:] none
 195
 196 [Related commands:] none
 197
 198 [Default:] none