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         int count;
  28         t_atom *atom;
  29         double (*potential)(struct s_moldyn *moldyn);
  30         void *pot_params;
  31         int (*force)(struct s_moldyn *moldyn);
  32         double cutoff;
  33         double cutoff_square;
  34         t_3dvec dim;
  35         int (*integrate)(struct s_moldyn *moldyn);
  36         int time_steps;
  37         double tau;
  38         void *visual;
  39         int write;
  40         unsigned char status;
  41 } t_moldyn;
  42
  43 typedef struct s_ho_params {
  44         double spring_constant;
  45         double equilibrium_distance;
  46 } t_ho_params;
  47
  48 typedef struct s_lj_params {
  49         double sigma6;
  50         double sigma12;
  51         double epsilon;
  52 } t_lj_params;
  53
  54 /*
  55  *  defines
  56  */
  57
  58 /* general defines */
  59
  60 #define MOLDYN_STAT_POTENTIAL           0x01
  61 #define MOLDYN_STAT_FORCE               0x02
  62
  63 /* phsical values */
  64
  65 #define K_BOLTZMANN             1.3807e-27                      /* Nm/K */
  66 #define AMU                     1.660540e-27                    /* kg */
  67
  68 #define FCC                     0x01
  69 #define DIAMOND                 0x02
  70
  71 #define C                       0x06
  72 #define M_C                     (12.011*AMU)
  73
  74 #define SI                      0x0e
  75 #define LC_SI                   0.543105e-9                             /* m */
  76 #define M_SI                    (28.085*AMU)                            /* kg */
  77 #define LJ_SIGMA_SI             ((0.25*sqrt(3.0)*LC_SI)/1.122462)       /* m */
  78 #define LJ_EPSILON_SI           (2.1678*1.60e-19)                       /* Nm */
  79
  80 /* function prototypes */
  81
  82 int create_lattice(unsigned char type,int element,double mass,double lc,
  83                    int a,int b,int c,t_atom **atom);
  84 int destroy_lattice(t_atom *atom);
  85 int thermal_init(t_atom *atom,t_random *random,int count,double t);
  86 int scale_velocity(t_atom *atom,int count,double t);
  87 double get_e_kin(t_atom *atom,int count);
  88 double get_e_pot(t_moldyn *moldyn);
  89 double get_total_energy(t_moldyn *moldyn);
  90 t_3dvec get_total_p(t_atom *atom,int count);
  91
  92 double estimate_time_step(t_moldyn *moldyn,double nn_dist,double t);
  93
  94 int moldyn_integrate(t_moldyn *moldyn);
  95 int velocity_verlet(t_moldyn *moldyn);
  96
  97 double potential_harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn);
  98 int force_harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn);
  99 double potential_lennard_jones(t_moldyn *moldyn);
 100 int force_lennard_jones(t_moldyn *moldyn);
 101
 102 #endif