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