ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | View Changeset | Root Listing
root/group/trunk/OOPSE/libmdtools/NPTxyz.cpp
Revision: 812
Committed: Wed Oct 22 21:17:32 2003 UTC (20 years, 8 months ago) by mmeineke
File size: 6665 byte(s)
Log Message:
added a new NPT integrator, NPTxyz. It scales the x, y, and z direction sepeartely. no box skew allowed.

File Contents

# User Rev Content
1 mmeineke 812 #include <cmath>
2     #include "Atom.hpp"
3     #include "SRI.hpp"
4     #include "AbstractClasses.hpp"
5     #include "SimInfo.hpp"
6     #include "ForceFields.hpp"
7     #include "Thermo.hpp"
8     #include "ReadWrite.hpp"
9     #include "Integrator.hpp"
10     #include "simError.h"
11    
12     #ifdef IS_MPI
13     #include "mpiSimulation.hpp"
14     #endif
15    
16     // Basic non-isotropic thermostating and barostating via the Melchionna
17     // modification of the Hoover algorithm:
18     //
19     // Melchionna, S., Ciccotti, G., and Holian, B. L., 1993,
20     // Molec. Phys., 78, 533.
21     //
22     // and
23     //
24     // Hoover, W. G., 1986, Phys. Rev. A, 34, 2499.
25    
26     template<typename T> NPTxyz<T>::NPTxyz ( SimInfo *theInfo, ForceFields* the_ff):
27     T( theInfo, the_ff )
28     {
29    
30     int i,j;
31    
32     for(i = 0; i < 3; i++){
33     for (j = 0; j < 3; j++){
34    
35     eta[i][j] = 0.0;
36     oldEta[i][j] = 0.0;
37     }
38     }
39     }
40    
41     template<typename T> NPTxyz<T>::~NPTxyz() {
42    
43     // empty for now
44     }
45    
46     template<typename T> void NPTxyz<T>::resetIntegrator() {
47    
48     int i, j;
49    
50     for(i = 0; i < 3; i++)
51     for (j = 0; j < 3; j++)
52     eta[i][j] = 0.0;
53    
54     T::resetIntegrator();
55     }
56    
57     template<typename T> void NPTxyz<T>::evolveEtaA() {
58    
59     int i, j;
60    
61     for(i = 0; i < 3; i ++){
62     for(j = 0; j < 3; j++){
63     if( i == j)
64     eta[i][j] += dt2 * instaVol *
65     (press[i][j] - targetPressure/p_convert) / (NkBT*tb2);
66     else
67     eta[i][j] = 0.0;
68     }
69     }
70    
71     for(i = 0; i < 3; i++)
72     for (j = 0; j < 3; j++)
73     oldEta[i][j] = eta[i][j];
74     }
75    
76     template<typename T> void NPTxyz<T>::evolveEtaB() {
77    
78     int i,j;
79    
80     for(i = 0; i < 3; i++)
81     for (j = 0; j < 3; j++)
82     prevEta[i][j] = eta[i][j];
83    
84     for(i = 0; i < 3; i ++){
85     for(j = 0; j < 3; j++){
86     if( i == j) {
87     eta[i][j] = oldEta[i][j] + dt2 * instaVol *
88     (press[i][j] - targetPressure/p_convert) / (NkBT*tb2);
89     } else {
90     eta[i][j] = 0.0;
91     }
92     }
93     }
94     }
95    
96     template<typename T> void NPTxyz<T>::getVelScaleA(double sc[3], double vel[3]) {
97     int i,j;
98     double vScale[3][3];
99    
100     for (i = 0; i < 3; i++ ) {
101     for (j = 0; j < 3; j++ ) {
102     vScale[i][j] = eta[i][j];
103    
104     if (i == j) {
105     vScale[i][j] += chi;
106     }
107     }
108     }
109    
110     info->matVecMul3( vScale, vel, sc );
111     }
112    
113     template<typename T> void NPTxyz<T>::getVelScaleB(double sc[3], int index ){
114     int i,j;
115     double myVel[3];
116     double vScale[3][3];
117    
118     for (i = 0; i < 3; i++ ) {
119     for (j = 0; j < 3; j++ ) {
120     vScale[i][j] = eta[i][j];
121    
122     if (i == j) {
123     vScale[i][j] += chi;
124     }
125     }
126     }
127    
128     for (j = 0; j < 3; j++)
129     myVel[j] = oldVel[3*index + j];
130    
131     info->matVecMul3( vScale, myVel, sc );
132     }
133    
134     template<typename T> void NPTxyz<T>::getPosScale(double pos[3], double COM[3],
135     int index, double sc[3]){
136     int j;
137     double rj[3];
138    
139     for(j=0; j<3; j++)
140     rj[j] = ( oldPos[index*3+j] + pos[j]) / 2.0 - COM[j];
141    
142     info->matVecMul3( eta, rj, sc );
143     }
144    
145     template<typename T> void NPTxyz<T>::scaleSimBox( void ){
146    
147     int i,j,k;
148     double scaleMat[3][3];
149     double eta2ij, scaleFactor;
150     double bigScale, smallScale, offDiagMax;
151     double hm[3][3], hmnew[3][3];
152    
153    
154    
155     // Scale the box after all the positions have been moved:
156    
157     // Use a taylor expansion for eta products: Hmat = Hmat . exp(dt * etaMat)
158     // Hmat = Hmat . ( Ident + dt * etaMat + dt^2 * etaMat*etaMat / 2)
159    
160     bigScale = 1.0;
161     smallScale = 1.0;
162     offDiagMax = 0.0;
163    
164     for(i=0; i<3; i++){
165     for(j=0; j<3; j++){
166     scaleMat[i][j] = 0.0;
167     if(i==j) scaleMat[i][j] = 1.0;
168     }
169     }
170    
171     for(i=0;i<3;i++){
172    
173     // calculate the scaleFactors
174    
175     scaleFactor = exp(dt*eta[i][i]);
176    
177     scaleMat[i][i] = scaleFactor;
178    
179     if (scaleMat[i][i] > bigScale) bigScale = scaleMat[i][i];
180     if (scaleMat[i][i] < smallScale) smallScale = scaleMat[i][i];
181     }
182    
183     // for(i=0; i<3; i++){
184     // for(j=0; j<3; j++){
185    
186     // // Calculate the matrix Product of the eta array (we only need
187     // // the ij element right now):
188    
189     // eta2ij = 0.0;
190     // for(k=0; k<3; k++){
191     // eta2ij += eta[i][k] * eta[k][j];
192     // }
193    
194     // scaleMat[i][j] = 0.0;
195     // // identity matrix (see above):
196     // if (i == j) scaleMat[i][j] = 1.0;
197     // // Taylor expansion for the exponential truncated at second order:
198     // scaleMat[i][j] += dt*eta[i][j] + 0.5*dt*dt*eta2ij;
199    
200     // if (i != j)
201     // if (fabs(scaleMat[i][j]) > offDiagMax)
202     // offDiagMax = fabs(scaleMat[i][j]);
203     // }
204    
205     // if (scaleMat[i][i] > bigScale) bigScale = scaleMat[i][i];
206     // if (scaleMat[i][i] < smallScale) smallScale = scaleMat[i][i];
207     // }
208    
209     if ((bigScale > 1.1) || (smallScale < 0.9)) {
210     sprintf( painCave.errMsg,
211     "NPTxyz error: Attempting a Box scaling of more than 10 percent.\n"
212     " Check your tauBarostat, as it is probably too small!\n\n"
213     " scaleMat = [%lf\t%lf\t%lf]\n"
214     " [%lf\t%lf\t%lf]\n"
215     " [%lf\t%lf\t%lf]\n",
216     scaleMat[0][0],scaleMat[0][1],scaleMat[0][2],
217     scaleMat[1][0],scaleMat[1][1],scaleMat[1][2],
218     scaleMat[2][0],scaleMat[2][1],scaleMat[2][2]);
219     painCave.isFatal = 1;
220     simError();
221     } else {
222     info->getBoxM(hm);
223     info->matMul3(hm, scaleMat, hmnew);
224     info->setBoxM(hmnew);
225     }
226     }
227    
228     template<typename T> bool NPTxyz<T>::etaConverged() {
229     int i;
230     double diffEta, sumEta;
231    
232     sumEta = 0;
233     for(i = 0; i < 3; i++)
234     sumEta += pow(prevEta[i][i] - eta[i][i], 2);
235    
236     diffEta = sqrt( sumEta / 3.0 );
237    
238     return ( diffEta <= etaTolerance );
239     }
240    
241     template<typename T> double NPTxyz<T>::getConservedQuantity(void){
242    
243     double conservedQuantity;
244     double totalEnergy;
245     double thermostat_kinetic;
246     double thermostat_potential;
247     double barostat_kinetic;
248     double barostat_potential;
249     double trEta;
250     double a[3][3], b[3][3];
251    
252     totalEnergy = tStats->getTotalE();
253    
254     thermostat_kinetic = fkBT * tt2 * chi * chi /
255     (2.0 * eConvert);
256    
257     thermostat_potential = fkBT* integralOfChidt / eConvert;
258    
259     info->transposeMat3(eta, a);
260     info->matMul3(a, eta, b);
261     trEta = info->matTrace3(b);
262    
263     barostat_kinetic = NkBT * tb2 * trEta /
264     (2.0 * eConvert);
265    
266     barostat_potential = (targetPressure * tStats->getVolume() / p_convert) /
267     eConvert;
268    
269     conservedQuantity = totalEnergy + thermostat_kinetic + thermostat_potential +
270     barostat_kinetic + barostat_potential;
271    
272     // cout.width(8);
273     // cout.precision(8);
274    
275     // cerr << info->getTime() << "\t" << Energy << "\t" << thermostat_kinetic <<
276     // "\t" << thermostat_potential << "\t" << barostat_kinetic <<
277     // "\t" << barostat_potential << "\t" << conservedQuantity << endl;
278    
279     return conservedQuantity;
280    
281     }