doc/src/pair_dpd_fdt.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 pair_style dpd/fdt command :h3
  10 pair_style dpd/fdt/energy command :h3
  11
  12 [Syntax:]
  13
  14 pair_style style args :pre
  15
  16 style = {dpd/fdt} or {dpd/fdt/energy}
  17 args = list of arguments for a particular style :ul
  18   {dpd/fdt} args = T cutoff seed
  19     T = temperature (temperature units)
  20     cutoff = global cutoff for DPD interactions (distance units)
  21     seed = random # seed (positive integer)
  22   {dpd/fdt/energy} args = cutoff seed
  23     cutoff = global cutoff for DPD interactions (distance units)
  24     seed = random # seed (positive integer) :pre
  25
  26 [Examples:]
  27
  28 pair_style dpd/fdt 300.0 2.5 34387
  29 pair_coeff * * 3.0 1.0 2.5 :pre
  30
  31 pair_style dpd/fdt/energy 2.5 34387
  32 pair_coeff * * 3.0 1.0 0.1 2.5 :pre
  33
  34 [Description:]
  35
  36 Styles {dpd/fdt} and {dpd/fdt/energy} compute the force for dissipative
  37 particle dynamics (DPD) simulations.  The {dpd/fdt} style is used to
  38 perform DPD simulations under isothermal and isobaric conditions,
  39 while the {dpd/fdt/energy} style is used to perform DPD simulations
  40 under isoenergetic and isoenthalpic conditions (see "(Lisal)"_#Lisal).
  41 For DPD simulations in general, the force on atom I due to atom J is
  42 given as a sum of 3 terms
  43
  44 :c,image(Eqs/pair_dpd.jpg)
  45
  46 where Fc is a conservative force, Fd is a dissipative force, and Fr is
  47 a random force.  Rij is a unit vector in the direction Ri - Rj, Vij is
  48 the vector difference in velocities of the two atoms = Vi - Vj, alpha
  49 is a Gaussian random number with zero mean and unit variance, dt is
  50 the timestep size, and w(r) is a weighting factor that varies between
  51 0 and 1.  Rc is the cutoff.  The weighting factor, omega_ij, varies
  52 between 0 and 1, and is chosen to have the following functional form:
  53
  54 :c,image(Eqs/pair_dpd_omega.jpg)
  55
  56 Note that alternative definitions of the weighting function exist, but
  57 would have to be implemented as a separate pair style command.
  58
  59 For style {dpd/fdt}, the fluctuation-dissipation theorem defines gamma
  60 to be set equal to sigma*sigma/(2 T), where T is the set point
  61 temperature specified as a pair style parameter in the above examples.
  62 The following coefficients must be defined for each pair of atoms types
  63 via the "pair_coeff"_pair_coeff.html command as in the examples above,
  64 or in the data file or restart files read by the
  65 "read_data"_read_data.html or "read_restart"_read_restart.html commands:
  66
  67 A (force units)
  68 sigma (force*time^(1/2) units)
  69 cutoff (distance units) :ul
  70
  71 The last coefficient is optional.  If not specified, the global DPD
  72 cutoff is used.
  73
  74 Style {dpd/fdt/energy} is used to perform DPD simulations
  75 under isoenergetic and isoenthalpic conditions.  The fluctuation-dissipation
  76 theorem defines gamma to be set equal to sigma*sigma/(2 dpdTheta), where
  77 dpdTheta is the average internal temperature for the pair. The particle
  78 internal temperature is related to the particle internal energy through
  79 a mesoparticle equation of state (see "fix eos"_fix.html). The
  80 differential internal conductive and mechanical energies are computed
  81 within style {dpd/fdt/energy} as:
  82
  83 :c,image(Eqs/pair_dpd_energy.jpg)
  84
  85 where
  86
  87 :c,image(Eqs/pair_dpd_energy_terms.jpg)
  88
  89 Zeta_ij^q is a second Gaussian random number with zero mean and unit
  90 variance that is used to compute the internal conductive energy. The
  91 fluctuation-dissipation theorem defines alpha*alpha to be set
  92 equal to 2*kB*kappa, where kappa is the mesoparticle thermal
  93 conductivity parameter.   The following coefficients must be defined for
  94 each pair of atoms types via the "pair_coeff"_pair_coeff.html
  95 command as in the examples above, or in the data file or restart files
  96 read by the "read_data"_read_data.html or "read_restart"_read_restart.html
  97 commands:
  98
  99 A (force units)
 100 sigma (force*time^(1/2) units)
 101 kappa (energy*temperature/time units)
 102 cutoff (distance units) :ul
 103
 104 The last coefficient is optional.  If not specified, the global DPD
 105 cutoff is used.
 106
 107 The pairwise energy associated with styles {dpd/fdt} and
 108 {dpd/fdt/energy} is only due to the conservative force term Fc, and is
 109 shifted to be zero at the cutoff distance Rc.  The pairwise virial is
 110 calculated using only the conservative term.
 111
 112 The forces computed through the {dpd/fdt} and {dpd/fdt/energy} styles
 113 can be integrated with the velocity-Verlet integration scheme or the
 114 Shardlow splitting integration scheme described by "(Lisal)"_#Lisal.
 115 In the cases when these pair styles are combined with the
 116 "fix shardlow"_fix_shardlow.html, these pair styles differ from the
 117 other dpd styles in that the dissipative and random forces are split
 118 from the force calculation and are not computed within the pair style.
 119 Thus, only the conservative force is computed by the pair style,
 120 while the stochastic integration of the dissipative and random forces
 121 are handled through the Shardlow splitting algorithm approach.  The
 122 Shardlow splitting algorithm is advantageous, especially when
 123 performing DPD under isoenergetic conditions, as it allows
 124 significantly larger timesteps to be taken.
 125
 126 :line
 127
 128 [Restrictions:]
 129
 130 These commands are part of the USER-DPD package.  They are only
 131 enabled if LAMMPS was built with that package.  See the "Making
 132 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
 133
 134 Pair styles {dpd/fdt} and {dpd/fdt/energy} require use of the
 135 "comm_modify vel yes"_comm_modify.html option so that velocites are
 136 stored by ghost atoms.
 137
 138 Pair style {dpd/fdt/energy} requires "atom_style dpd"_atom_style.html
 139 to be used in order to properly account for the particle internal
 140 energies and temperatures.
 141
 142 [Related commands:]
 143
 144 "pair_coeff"_pair_coeff.html, "fix shardlow"_fix_shardlow.html
 145
 146 [Default:] none
 147
 148 :line
 149
 150 :link(Lisal)
 151 [(Lisal)] M. Lisal, J.K. Brennan, J. Bonet Avalos, "Dissipative
 152 particle dynamics at isothermal, isobaric, isoenergetic, and
 153 isoenthalpic conditions using Shardlow-like splitting algorithms.",
 154 J. Chem. Phys., 135, 204105 (2011).