LIGGGHTS を使ってみる

2012年1月6日

はじめに

DEM 解析ソルバー LIGGGHTS を使ってみる。

使用バージョン

LIGGGHTS 1.5

ファイル

• box-1.5.tar.gz
• box2-1.5.tar.gz
• rolling-box-1.5.tar.gz

入力ファイル

入力ファイルのフォーマット

LIGGGHTS は分子動力学ソルバー LAMMPS と下位互換性がある。したがって入力ファイルのフォーマットは LAMMPS に準じる。

入力はコマンド形式になっている。ファイルの上の行から順に実行される。したがって

timestep 0.5
run 100
run 100

run 100
timestep 0.5
run 100

実行は以下のように行う。

$ mpirun -np 4 liggghts < in.box

リダイレクトで入力するのでファイル名はなんでもよいが、"in.*" とする習慣があるらしい。

入力ファイルのコマンド

例題の入力ファイルを 1 つずつ見て行こう (box.tar.gz の in.box)。

#box

コメント。

atom_style granular

原子のタイプ。"atomic", "molecular" などが選べるが、DEM では "granular" を選ぶ。

atom_modify map array

原子の管理のしかた。

boundary m m m

境界タイプ。x, y, z 面それぞれに対して次のものが指定できる。

• p : periodic
• f : non-periodic and fixed
• s : non-periodic and shrink-wrapped
• m : non-periodic and shrink-wrapped with a minimum value

newton off

Newton の第 3 法則の ON/OFF の切り替え。"off" だとプロセッサ間で原子の相互作用のやり取りをしないらしい。

echo both

入力コマンド出力の設定。スクリーンとログファイルに出力するかどうかの設定で、"none", "screen", "log", "both" が選べる。

communicate single vel yes

プロセッサ間通信の設定。通信速度に関係するらしい。

units si

単位の設定。

region reg block -0.5 0.5 -0.5 0.5 -0.5 0.5 units box

箱領域の定義。

regin ID style args keyword value ...

• ID : 任意の文字列
• style : block など
• block の引数 : xlo xhi ylo yhi zlo zhi (x, y, z の範囲の指定)
• units box : 箱の中にジオメトリを定義

create_box 1 reg

計算用箱の定義。

create_box N region-ID

• N : 原子タイプの数。
• region-ID : 箱タイプの領域 ID

neighbor 0.01 bin

隣接ペアリスト作成の設定。

neighbor skin style

• skin : 力のカットオフ距離
• style : bin, nsq, multi (アルゴリズム、ふつうは bin でよい)

neigh_modify delay 0

隣接ペアリスト作成のタイミングの設定。

delay N

• N : リスト作成後 N ステップ後にリストを作成する

fix m1 all property/global youngsModulus peratomtype 5e6
fix m2 all property/global poissonsRatio peratomtype 0.45
fix m3 all property/global coefficientRestitution peratomtypepair 1 0.3
fix m4 all property/global coefficientFriction peratomtypepair 1 0.5
fix m5 all property/global characteristicVelocity scalar 2.

特性の設定。"peratomtype" は原子タイプごとに入れる指定らしい。原子タイプ数が 2 なら数値を 2 個入れる。

fix ID group-ID style args

各種設定。以降もいくつか出てくる。

pair_style gran/hooke/history 1 0

原子同士の作用の扱い方の設定。DEM の場合は "gran/hooke/history" を選ぶ。

pair_style gran/hooke/history friction_damp_flag cohesionflag

pair_coeff * *

原子同士の力の係数の設定。パラメタ設定できるが、DEM の場合はこうしておく。

timestep 0.00001

時間刻み幅。

fix gravi all gravity 9.81 vector 0.0 0.0 -1.0

重力の設定。

fix boxwalls_x all wall/gran/hooke/history 1 0 xplane -0.5 0.5 1
fix boxwalls_y all wall/gran/hooke/history 1 0 yplane -0.5 0.5 1
fix boxwalls_z all wall/gran/hooke/history 1 0 zplane -0.5 0.5 1

壁の設定。

fix ID group-ID wall/gran/(*) friction_damp_flag cohesionflag wallstyle args kesyword values ...

• wall/gran/(*) : 壁のタイプ (ふつうは wall/gran/hooke/history でよい)
• wallstyle : xplane など
• xplane の引数 : lo hi atom_type_wall (壁の位置と原子タイプ)

fix pts1 all particletemplate/sphere 1 atom_type 1 density constant 2500 radius constant 0.015
fix pts2 all particletemplate/sphere 1 atom_type 1 density constant 2500 radius constant 0.025

粒子の設定。

fix ID group-ID particletemplate/sphere seed keyword values ...

• seed : 乱数の種 (整数)
• density constant value : 密度
• radius constant value : 半径

fix pdd1 all particledistribution/discrete 1 2 pts1 0.3 pts2 0.7

粒子分布の設定。

fix ID group-ID particledistribution/discrete seed ntemp t_id t_m

• seed : 乱数の種 (整数)
• ntemp : 指定する particle template の数
• t_id : particletemplate/sphere タイプの fix の ID
• t_m : 質量分率

上記の設定では pts1 と pts2 をそれぞれ質量分率で 3 : 7 の割合で入れる。

group nve_group region reg

原子のグループの作成。

group ID style args

• style : region など
• region の引数 : region-ID

region bc block -0.3 0.3 -0.3 0.3 0.4 0.5 units box

原子投入用の箱領域。

fix ins nve_group pour/dev mass 30. 1 distributiontemplate pdd1 vol 0.25 200 massflowrate 30. vel uniform 0. 0. 0. 0. 0.0 region bc

粒子投入設定。

fix ID group-ID pour/dev target_speficier target seed keyword values ...

• target_specficier : mass or nparticles
• target : 質量あるいは粒子数 (target_specificier の値による)
• seed : 乱数の種 (整数)
• keyword : distributiontemplate など
• distributiontemplate dist-fix-ID : 粒子分布
• vol fraction Nattempt : 投入領域内の体積分率と原子ごとの挿入試行の最大数
• massflowrate value : 質量流量
• vel uniform vx_param1 vx_param2 vy_param1 vy_param2 vz : X, Y 方向速度の範囲と Z 方向速度
• region region-ID : 投入領域

fix integr nve_group nve/sphere

位置、速度、方向、各速度の更新のための積分実行の設定。

run 1

計算の実行。

run N

• N : ステップ数

dump dmp all custom 500 post/dump.box id type type x y z ix iy iz vx vy vz fx fy fz omegax omegay omegaz radius

出力設定。

dump ID group-ID style N file args

• style : custom など
• N : 出力のタイミング (N イテレーションごとに出力)
• file : 出力ファイル名

run 200000 upto

run N upto

• upto : 現時点から N ステップ目まで計算

unfix ins

fix の設定を無効にする。

計算結果。

STL ファイルの使用

STL ファイルを使って壁条件を作ることもできる (box2.tar.gz の in.box)。

fix boxwalls all mesh/gran box.stl 1 1. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

STL を使う場合の壁の設定。

fix ID group-ID mesh/gran filename walltype scalarfactor xoff yoff zoff phix phiy phiz

• walltype : 原子タイプ

fix wall all wall/gran/hooke/history 1 0 mesh/gran 1 boxwalls

STL で用意した壁に対する条件の設定。

mesh/gran nfix fixi_d1 fix_id2 ...

• nfix : 使用する mesh/gran タイプの fix の数
• fix_id1 fix_id2 ... : mesh/gran タイプの fix の ID

壁の回転

壁を回転させることもできる。

fix  moveboxwalls all move/mesh/gran rotate 0. 0. 0. 0. 1. 0. 2. boxwalls 1.

fix ID group-ID move/mesh/gran style args keyword values meshgran_id ssf

rotate px py pz rx ry rz period

• period : 周期 (1 回転する時間)

移動した壁を STL で出力させることができる。

dump 		dumpstl all stl 500 post/dump*.stl

計算結果。