接口模块 (interfaces)

Cpp 接口

接口模块。

该模块定义了 CppInterface 类，用于通过 pybind11 调用外部 C++ 函数库。

class thermoelasticsim.interfaces.cpp_interface.CppInterface(lib_name)[源代码]

基类：object

用于调用 C++ 实现的函数的接口类

@class CppInterface @brief 用于调用 C++ 实现的函数的接口类

参数:

lib_name (str) -- 库的名称，用于确定可用的函数集合。

__init__(lib_name)[源代码]
compute_stress(num_atoms, positions, velocities, forces, masses, volume, box_lengths, stress_tensor)[源代码]

计算应力张量。

本函数允许输入的 positions, velocities, forces 既可以是 (num_atoms, 3) 也可以是 (3*num_atoms,) 的形状。 同理，对于 stress_tensor，既可以是 (3,3) 也可以是 (9,)。

参数:

  • num_atoms (int)

  • positions (np.ndarray) -- 原子位置数组，可为 (num_atoms, 3) 或 (3*num_atoms, )

  • velocities (np.ndarray) -- 原子速度数组，可为 (num_atoms, 3) 或 (3*num_atoms, )

  • forces (np.ndarray) -- 原子力数组，可为 (num_atoms, 3) 或 (3*num_atoms, )

  • masses (np.ndarray) -- 原子质量数组 (num_atoms,)

  • volume (float) -- 晶胞体积

  • box_lengths (np.ndarray) -- 晶胞长度数组 (3,)

  • stress_tensor (np.ndarray) -- 输出应力张量，可为 (3,3) 或 (9,)

返回类型:

None

calculate_lj_forces(num_atoms, positions, forces, epsilon, sigma, cutoff, box_lengths, neighbor_pairs, num_pairs)[源代码]

调用 C++ 接口计算作用力。

参数:

  • num_atoms (int) -- 原子数。

  • positions (numpy.ndarray) -- 原子位置数组，形状为 (num_atoms, 3)。

  • forces (numpy.ndarray) -- 力数组，形状为 (num_atoms, 3)，将被更新。

  • epsilon (float) -- Lennard-Jones 势参数 ε，单位 eV。

  • sigma (float) -- Lennard-Jones 势参数 σ，单位 Å。

  • cutoff (float) -- 截断距离，单位 Å。

  • box_lengths (numpy.ndarray) -- 盒子长度数组，形状为 (3,)。

  • neighbor_pairs (numpy.ndarray) -- 邻居对数组，形状为 (2*num_pairs,)。

  • num_pairs (int) -- 邻居对的数量。

返回类型:

None

calculate_lj_energy(num_atoms, positions, epsilon, sigma, cutoff, box_lengths, neighbor_pairs, num_pairs)[源代码]

调用 C++ 接口计算能量。

参数:

  • num_atoms (int) -- 原子数。

  • positions (numpy.ndarray) -- 原子位置数组，形状为 (num_atoms, 3)。

  • epsilon (float) -- Lennard-Jones 势参数 ε，单位 eV。

  • sigma (float) -- Lennard-Jones 势参数 σ，单位 Å。

  • cutoff (float) -- 截断距离，单位 Å。

  • box_lengths (numpy.ndarray) -- 盒子长度数组，形状为 (3,)。

  • neighbor_pairs (numpy.ndarray) -- 邻居对数组，形状为 (2*num_pairs,)。

  • num_pairs (int) -- 邻居对的数量。

返回:

总势能，单位 eV。

返回类型:

float

calculate_eam_al1_forces(num_atoms, positions, lattice_vectors, forces)[源代码]

计算EAM Al1势的原子力。

参数:

  • num_atoms (int) -- 原子数量

  • positions (numpy.ndarray) -- 原子位置数组，形状为(num_atoms, 3)

  • lattice_vectors (numpy.ndarray) -- 晶格向量数组，形状为(3, 3)或(9,)

  • forces (numpy.ndarray) -- 输出的力数组，形状为(num_atoms, 3)，将被更新

返回类型:

None

calculate_eam_al1_energy(num_atoms, positions, lattice_vectors)[源代码]

计算EAM Al1势的总能量。

参数:

  • num_atoms (int) -- 原子数量

  • positions (numpy.ndarray) -- 原子位置数组，形状为(num_atoms, 3)

  • lattice_vectors (numpy.ndarray) -- 晶格向量数组，形状为(3, 3)或(9,)

返回:

系统的总能量，单位为eV

返回类型:

float

calculate_tersoff_energy(num_atoms, positions, lattice_vectors, *, A, B, lambda1, lambda2, lambda3, beta, n, c, d, h, R, D, m=3, shift_flag=False, delta=0.0)[源代码]

计算Tersoff势能量。

参数:
返回类型:

float

calculate_tersoff_forces(num_atoms, positions, lattice_vectors, forces, *, A, B, lambda1, lambda2, lambda3, beta, n, c, d, h, R, D, m=3, shift_flag=False, delta=0.0)[源代码]

计算Tersoff势力。

参数:
返回类型:

None

calculate_tersoff_virial(num_atoms, positions, lattice_vectors, *, A, B, lambda1, lambda2, lambda3, beta, n, c, d, h, R, D, m=3, shift_flag=False, delta=0.0)[源代码]

计算Tersoff势维里张量。

参数:
返回类型:

ndarray

calculate_tersoff_c1988_energy(num_atoms, positions, lattice_vectors, *, shift_flag=False, delta=0.0)[源代码]

计算Tersoff C(1988)势能量。

参数:
返回类型:

float

calculate_tersoff_c1988_forces(num_atoms, positions, lattice_vectors, forces, *, shift_flag=False, delta=0.0)[源代码]

计算Tersoff C(1988)势力。

参数:
返回类型:

None

calculate_tersoff_c1988_virial(num_atoms, positions, lattice_vectors, *, shift_flag=False, delta=0.0)[源代码]

计算Tersoff C(1988)势维里张量。

参数:
返回类型:

ndarray

calculate_eam_al1_virial(num_atoms, positions, lattice_vectors)[源代码]

计算EAM Al1的维里张量（未除以体积）。返回形状(3,3)。

参数:
返回类型:

ndarray

calculate_eam_cu1_forces(num_atoms, positions, lattice_vectors, forces)[源代码]

计算EAM Cu1势的原子力。

参数:

  • num_atoms (int) -- 原子数量

  • positions (numpy.ndarray) -- 原子位置数组，形状为(num_atoms, 3)

  • lattice_vectors (numpy.ndarray) -- 晶格向量数组，形状为(3, 3)或(9,)

  • forces (numpy.ndarray) -- 输出的力数组，形状为(num_atoms, 3)，将被更新

返回类型:

None

calculate_eam_cu1_energy(num_atoms, positions, lattice_vectors)[源代码]

计算EAM Cu1势的总能量。

参数:

  • num_atoms (int) -- 原子数量

  • positions (numpy.ndarray) -- 原子位置数组，形状为(num_atoms, 3)

  • lattice_vectors (numpy.ndarray) -- 晶格向量数组，形状为(3, 3)或(9,)

返回:

系统的总能量，单位为eV

返回类型:

float

calculate_eam_cu1_virial(num_atoms, positions, lattice_vectors)[源代码]

计算EAM Cu1的维里张量（未除以体积）。返回形状(3,3)。

参数:
返回类型:

ndarray

nose_hoover(dt, num_atoms, masses, velocities, forces, xi_array, Q, target_temperature)[源代码]

实现 Nose-Hoover 恒温器算法。!!!没有去除质心运动

参数:

  • dt (float) -- 时间步长。

  • num_atoms (int) -- 原子数。

  • masses (numpy.ndarray) -- 原子质量数组。

  • velocities (numpy.ndarray) -- 原子速度数组。

  • forces (numpy.ndarray) -- 原子受力数组。

  • xi_array (numpy.ndarray) -- Nose-Hoover 热浴变量数组。

  • Q (float) -- 热浴质量参数。

  • target_temperature (float) -- 目标温度。

返回:

更新后的 Nose-Hoover 热浴变量。

返回类型:

float

nose_hoover_chain(dt, num_atoms, masses, velocities, forces, xi_chain, Q, chain_length, target_temperature)[源代码]

实现 Nose-Hoover 链恒温器算法。

参数:

  • dt (float) -- 时间步长。

  • num_atoms (int) -- 原子数。

  • masses (numpy.ndarray) -- 原子质量数组。

  • velocities (numpy.ndarray) -- 原子速度数组。

  • forces (numpy.ndarray) -- 原子受力数组。

  • xi_chain (numpy.ndarray) -- Nose-Hoover 链的热浴变量数组。

  • Q (numpy.ndarray) -- 热浴质量参数数组。

  • chain_length (int) -- Nose-Hoover 链的长度。

  • target_temperature (float) -- 目标温度。

parrinello_rahman_hoover(dt, num_atoms, masses, velocities, forces, lattice_vectors, xi, Q, total_stress, target_pressure, W)[源代码]

执行Parrinello-Rahman-Hoover恒压器积分步骤

参数: