began rewrite ...
[physik/posic.git] / moldyn.h
index d72ac16..c6712ba 100644 (file)
--- a/moldyn.h
+++ b/moldyn.h
 #define MOLDYN_H
 
 #include "math/math.h"
+#include "random/random.h"
+#include "list/list.h"
+
 
 /* datatypes */
 
+
+/* the atom of the md simulation */
+
 typedef struct s_atom {
-       t_3dvec r;      /* positions */
-       t_3dvec v;      /* velocities */
-       t_3dvec f;      /* forces */
-       int element;    /* number of element in pse */
-       double mass;    /* atom mass */
+       t_3dvec r;              /* position */
+       t_3dvec v;              /* velocity */
+       t_3dvec f;              /* force */
+       int element;            /* number of element in pse */
+       double mass;            /* atom mass */
+       unsigned char attr;     /* attributes */
 } t_atom;
 
+#define ATOM_ATTR_FP   0x01    /* fixed position (bulk material) */
+#define ATOM_ATTR_HB   0x02    /* coupled to heat bath (velocity scaling) */
+
+/* cell lists */
+
+typedef struct s_linkcell {
+       int nx,ny,nz;           /* amount of cells in x, y and z direction */
+       int cells;              /* total amount of cells */
+       double len;             /* prefered cell edge length */
+       double x,y,z;           /* the actual cell lengthes */
+       t_list *subcell;        /* pointer to the cell lists */
+       int dnlc;               /* direct neighbour lists counter */
+} t_linkcell;
+
+#include "visual/visual.h"
+
+# moldyn properties structure */
+
+typedef struct s_moldyn {
 
-/* defines */
+       int count;              /* total amount of atoms */
+       t_atom *atom;           /* pointer to the atoms */
+       t_3dvec dim;            /* dimensions of the simulation volume */
+       /* potential, force & parameters */
+
+       /* potential force funtion created by the user */
+       int (*potential_force_function)(struct s_moldyn *moldyn);
+       void *pot_params;       /* parameters describing the potential */ 
+
+       double cutoff;
+       double cutoff_square;
+       /* linked list / cell method */
+       t_linkcell lc;
+       /* temperature */
+       double t;
+       /* integration of newtons equations */
+       int (*integrate)(struct s_moldyn *moldyn);
+       int time_steps;
+       double tau;
+       double tau_square;
+       /* energy */
+       double energy;
+       /* logging & visualization */
+       t_visual vis;
+       unsigned char lvstat;
+       unsigned int ewrite;
+       char efb[64];
+       int efd;
+       unsigned int mwrite;
+       char mfb[64];
+       int mfd;
+       unsigned int swrite;
+       char sfb[64];
+       int sfd;
+       unsigned int dwrite;
+       char dfb[64];
+       int dfd;
+       unsigned int vwrite;
+       char vfb[64];
+       void *visual;
+       /* moldyn general status */
+       unsigned char status;
+       /* random */
+       t_random random;
+} t_moldyn;
+
+typedef struct s_ho_params {
+       double spring_constant;
+       double equilibrium_distance;
+} t_ho_params;
+
+typedef struct s_lj_params {
+       double sigma6;
+       double sigma12;
+       double epsilon4;
+} t_lj_params;
+
+typedef struct s_tersoff_params {
+       double l_1,l_2;
+       double m_1,m_2;
+       double a_1,a_2;
+       double b_1,b_2;
+       double r_1,r_2;
+       double s_1,s_2;
+} t_tersoff_params;
+
+/*
+ *  defines
+ */
+
+/* general defines */
+
+#define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_E          0x01
+#define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_M          0x02
+#define MOLDYN_LVSTAT_SAVE             0x04
+#define MOLDYN_LVSTAT_DUMP             0x08
+#define MOLDYN_LVSTAT_VISUAL           0x10
+#define MOLDYN_LVSTAT_INITIALIZED      0x80
+
+#define MOLDYN_STAT_POTENTIAL          0x01
+#define MOLDYN_STAT_FORCE              0x02
+
+#define MOLDYN_TEMP                    273.0
+#define MOLDYN_TAU                     1.0e-15
+#define MOLDYN_CUTOFF                  10.0e-9
+#define MOLDYN_RUNS                    1000000
+
+#define MOLDYN_INTEGRATE_VERLET                0x00
+#define MOLDYN_INTEGRATE_DEFAULT MOLDYN_INTEGRATE_VERLET
+
+#define MOLDYN_POTENTIAL_HO            0x00
+#define MOLDYN_POTENTIAL_LJ            0x01
+#define MOLDYN_POTENTIAL_DEFAULT MOLDYN_POTENTIAL_LJ
+
+/* phsical values */
+
+#define K_BOLTZMANN            1.3807e-27                      /* Nm/K */
+#define AMU                    1.660540e-27                    /* kg */
 
 #define FCC                    0x01
 #define DIAMOND                        0x02
 
 #define C                      0x06
-#define M_C                    6.0
+#define M_C                    (12.011*AMU)
 
-#define Si                     0x0e
-#define M_SI                   14.0
-#define LC_SI                  5.43105
+#define SI                     0x0e
+#define LC_SI                  0.543105e-9                             /* m */
+#define M_SI                   (28.085*AMU)                            /* kg */
+#define LJ_SIGMA_SI            ((0.25*sqrt(3.0)*LC_SI)/1.122462)       /* m */
+#define LJ_EPSILON_SI          (2.1678*1.60e-19)                       /* Nm */
 
 /* function prototypes */
 
+int moldyn_usage(char **argv);
+int moldyn_parse_argv(t_moldyn *moldyn,int argc,char **argv);
+int moldyn_log_init(t_moldyn *moldyn);
+int moldyn_init(t_moldyn *moldyn,int argc,char **argv);
+int moldyn_shutdown(t_moldyn *moldyn);
+
 int create_lattice(unsigned char type,int element,double mass,double lc,
-                   t_3dvec *dim,t_atom **atom);
+                   int a,int b,int c,t_atom **atom);
+int destroy_lattice(t_atom *atom);
+int thermal_init(t_moldyn *moldyn);
+int scale_velocity(t_moldyn *moldyn);
+double get_e_kin(t_atom *atom,int count);
+double get_e_pot(t_moldyn *moldyn);
+double get_total_energy(t_moldyn *moldyn);
+t_3dvec get_total_p(t_atom *atom,int count);
+
+double estimate_time_step(t_moldyn *moldyn,double nn_dist,double t);
+
+int link_cell_init(t_moldyn *moldyn);
+int link_cell_update(t_moldyn *moldyn);
+int link_cell_neighbour_index(t_moldyn *moldyn,int i,int j,int k,t_list *cell);
+int link_cell_shutdown(t_moldyn *moldyn);
+
+int moldyn_integrate(t_moldyn *moldyn);
+int velocity_verlet(t_moldyn *moldyn);
+
+int harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn);
+int lennard_jones(t_moldyn *moldyn);
 
 #endif