moldyn.h

   1 /*
   2  * moldyn.h - molecular dynamics library header file
   3  *
   4  * author: Frank Zirkelbach <frank.zirkelbach@physik.uni-augsburg.de>
   5  *
   6  */
   7
   8 #ifndef MOLDYN_H
   9 #define MOLDYN_H
  10
  11 #include "math/math.h"
  12 #include "random/random.h"
  13
  14 /* datatypes */
  15
  16 typedef struct s_atom {
  17         t_3dvec r;      /* positions */
  18         t_3dvec v;      /* velocities */
  19         t_3dvec f;      /* forces */
  20         int element;    /* number of element in pse */
  21         double mass;    /* atom mass */
  22         //t_list vicinity       /* verlet neighbour list */
  23 } t_atom;
  24
  25 #include "visual/visual.h"
  26
  27 typedef struct s_moldyn {
  28         /* atoms, amount, dimensions */
  29         int count;
  30         t_atom *atom;
  31         t_3dvec dim;
  32         /* potential, force & parameters */
  33         double (*potential)(struct s_moldyn *moldyn);
  34         int (*force)(struct s_moldyn *moldyn);
  35         void *pot_params;
  36         double cutoff;
  37         double cutoff_square;
  38         /* temperature */
  39         double t;
  40         /* integration of newtons equations */
  41         int (*integrate)(struct s_moldyn *moldyn);
  42         int time_steps;
  43         double tau;
  44         /* logging & visualization */
  45         unsigned char lvstat;
  46         unsigned int ewrite;
  47         char efb[64];
  48         int efd;
  49         unsigned int mwrite;
  50         char mfb[64];
  51         int mfd;
  52         unsigned int swrite;
  53         char sfb[64];
  54         int sfd;
  55         unsigned int dwrite;
  56         char dfb[64];
  57         int dfd;
  58         unsigned int vwrite;
  59         char vfb[64];
  60         void *visual;
  61         /* moldyn general status */
  62         unsigned char status;
  63 } t_moldyn;
  64
  65 typedef struct s_ho_params {
  66         double spring_constant;
  67         double equilibrium_distance;
  68 } t_ho_params;
  69
  70 typedef struct s_lj_params {
  71         double sigma6;
  72         double sigma12;
  73         double epsilon4;
  74 } t_lj_params;
  75
  76 /*
  77  *  defines
  78  */
  79
  80 /* general defines */
  81
  82 #define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_E           0x01
  83 #define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_M           0x02
  84 #define MOLDYN_LVSTAT_SAVE              0x04
  85 #define MOLDYN_LVSTAT_DUMP              0x08
  86 #define MOLDYN_LVSTAT_VISUAL            0x10
  87 #define MOLDYN_LVSTAT_INITIALIZED       0x80
  88
  89 #define MOLDYN_STAT_POTENTIAL           0x01
  90 #define MOLDYN_STAT_FORCE               0x02
  91
  92 #define MOLDYN_TEMP                     273.0
  93 #define MOLDYN_TAU                      1.0e-15
  94 #define MOLDYN_RUNS                     1000000
  95
  96 /* phsical values */
  97
  98 #define K_BOLTZMANN             1.3807e-27                      /* Nm/K */
  99 #define AMU                     1.660540e-27                    /* kg */
 100
 101 #define FCC                     0x01
 102 #define DIAMOND                 0x02
 103
 104 #define C                       0x06
 105 #define M_C                     (12.011*AMU)
 106
 107 #define SI                      0x0e
 108 #define LC_SI                   0.543105e-9                             /* m */
 109 #define M_SI                    (28.085*AMU)                            /* kg */
 110 #define LJ_SIGMA_SI             ((0.25*sqrt(3.0)*LC_SI)/1.122462)       /* m */
 111 #define LJ_EPSILON_SI           (2.1678*1.60e-19)                       /* Nm */
 112
 113 /* function prototypes */
 114
 115 int moldyn_usage(char **argv);
 116 int moldyn_parse_argv(t_moldyn *moldyn,int argc,char **argv);
 117 int moldyn_log_init(t_moldyn *moldyn,void *v);
 118 int moldyn_shutdown(t_moldyn *moldyn);
 119
 120 int create_lattice(unsigned char type,int element,double mass,double lc,
 121                    int a,int b,int c,t_atom **atom);
 122 int destroy_lattice(t_atom *atom);
 123 int thermal_init(t_moldyn *moldyn,t_random *random,int count);
 124 int scale_velocity(t_moldyn *moldyn,int count);
 125 double get_e_kin(t_atom *atom,int count);
 126 double get_e_pot(t_moldyn *moldyn);
 127 double get_total_energy(t_moldyn *moldyn);
 128 t_3dvec get_total_p(t_atom *atom,int count);
 129
 130 double estimate_time_step(t_moldyn *moldyn,double nn_dist,double t);
 131
 132 int moldyn_integrate(t_moldyn *moldyn);
 133 int velocity_verlet(t_moldyn *moldyn);
 134
 135 double potential_harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn);
 136 int force_harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn);
 137 double potential_lennard_jones(t_moldyn *moldyn);
 138 int force_lennard_jones(t_moldyn *moldyn);
 139
 140 #endif