lammps 压痕划痕模拟设置参考

 Molecular dynamics study on the effect of electric current on electrically-assisted scratching for crystal copper - IOPscience

原因深入分析如下：

✅ 切削 / 摩擦 / 划痕：局部剧烈变形 → 热量集中

• 这类过程模拟的是工具与材料接触区域的强烈局部非平衡过程；

• 如果对整个系统控温，会严重抹平局部发热、滑移带的应变能耗散等重要现象；

• 所以只在边界区域（如底部、侧边）设 thermostat，起到“热沉”作用；

• 文献经典设置就是：

  • 底部固定；

  • 边缘 slab 控温；

  • 接触区完全不控温，自由演化。

✅ 拉伸 / 压缩 / 剪切：全局加载 → 热传导充分

• 是材料整体在受力，不存在特别“集中”的能量输入区域；

• 局部发热相对温和，且在 bulk 系统中可以通过自身结构进行导热；

• 实验中常常是等温加载（准静态过程）；

• 所以很多文献就直接用整体 fix nvt 控温，保持恒温环境，简化模拟；

• 注意有些更精细的研究会改为：只在两端 slab 控温，中间 Newtonian 自由演化。

📚 二、典型模拟场景下的控温策略总览

场景类别	控温方式	控温范围	控温方法	控温目的	注意事项
✅ 平衡态热力学性质（如热容、扩散、应力）	整体控温	全体系	fix nvt, fix npt	模拟室温等温状态	标准EMD方法
✅ 热导率（Green-Kubo）	整体控温	全体系	fix nvt (前期平衡), 后期 nve	采集能流自相关函数	采样期不能控温
✅ 热导率（NEMD）	区域控温	热源/热沉	fix langevin, fix heat	人为施加温差形成热流	中间区自由演化
✅ 拉伸 / 压缩 / 剪切	整体控温（常用）或局部控温	全体系或上下 slab	fix nvt 或 langevin slab	保持恒温，避免非真实升温	全控温可抹平热应变
✅ 应力松弛 / 加热冷却过程	整体控温	全体系	fix nvt 或温度渐变	等温退火、升温或冷却	控温方式决定退火速率
✅ 位错运动 / 缺陷扩散	局部控温	边界或部分 slab	fix langevin + nve	释放边界热、维持热稳定性	中心缺陷区不控温更合理
✅ 相变（熔化、晶化）模拟	全控温（渐变）	全体系	逐步升温/降温	控制熔化、结晶过程	可加入温度扫描
✅ 纳米线断裂 / 拉伸	边界 slab 控温（推荐）	两端几层原子	langevin	保持等温，留出自由变形空间	中间不控温，保留真实热效应
✅ 划痕 / 摩擦 / 切削	局部控温	工件边界	langevin 或 berendsen	避免工具接触区降温	热量在中间自由扩散
✅ 接触行为（纳米压痕）	局部控温	底部或远离接触区	langevin	模拟热沉，接触区自由变形	顶部加载区不能控温
✅ 薄膜沉积 / CVD 生长	局部控温	衬底层或缓冲层	fix langevin, fix temp/rescale	保持衬底温度恒定	生长原子自由演化；不能控温在成核区
✅ 气固界面反应 / 催化	区域控温	固体部分（催化剂）	langevin or nvt	保持固体温度，气体自由演化	控制过强会影响气体吸附行为
✅ 液体/气体系统（如气泡、液桥）	整体控温 or 边界 slab	视目标而定	nvt / langevin	模拟热平衡或蒸发冷凝	控温方式影响表面张力行为
✅ 冲击 / 激波 / 纳米撞击	不控温 or 冲击前控温	全体系 or 边界	fix nve or 短期 nvt	模拟绝热冲击或热传导过程	控温会破坏冲击热演化
✅ 带电粒子 / 电场加载	局部控温	电极区域或边界	fix langevin	模拟电热效应背景	中心反应区不宜控温

📌 三、控温方式推荐说明（附说明可加进文中）

控温命令	适用场景	特点
fix nvt	平衡MD、整体等温加载	Nose–Hoover，广泛使用
fix langevin	局部控温、非平衡过程	添加随机噪声+阻尼项，物理意义更接近热浴
fix temp/rescale	快速冷却/升温	会扰动动力学，慎用于非平衡模拟
fix npt	热力学平衡研究	可控温控压，适合体相研究
fix heat	热导率、稳态热流	用于构造温差（热源/热沉）