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我正在尝试为具有周期性或反射边界条件的二维盒子中的伦纳德-琼斯流体编写分子动力学模拟。模拟似乎在反射边界上运行良好，但由于某种原因，周期盒中的粒子在几百个积分步骤后开始获得额外的速度，最终没有粒子留在盒子中。

我知道速度失控可能是由于时间步设置太小而引起的。然而，当我使用相同的速度-verlet 算法运行模拟时，我看不出这可能是速度失控的原因，尤其是反射边界工作得很好。我认为在这两种情况下用于评估粒子上的力或粒子分离的方法可能存在错误，但我自己无法找到它。

我用来评估力的代码如下所示：

public static Vector3d LJForce(Particle3d a, Particle3d b,
        Vector3d particleSep) {

    //Define R (for simplicity)
    Vector3d R = particleSep; //(b-a)

    return new Vector3d(Vector3d.multVector3d(
            -24*EPSILON*(2*power12(SIGMA/R.getMag())/R.getMag()
                    -power6(SIGMA/R.getMag())/R.getMag()), R));
}

这应该赋予作用在每个粒子上的伦纳德-琼斯力。粒子分离取决于边界条件。对于反射，它是：

@Override
public Vector3d getParticleSeparation(Particle3d a, Particle3d b) {
    return Particle3d.sepParticle3d(a, b);
}

与

@Override
public void checkBoundaries(Particle3d a)   {
    Vector3d position = a.getPosition();
    Vector3d velocity = a.getVelocity();

    /*
     * We want to check the x,y and z coordinates. If
     * they break the boundaries we need to reflect 
     * the position in that coordinate and invert the
     * velocity in that axis.
     */
    //X coordinate
    if(position.getX()<0.0) {
        position.setX(Math.abs(position.getX()));
        velocity.setX(-velocity.getX());    
    }
    else if(position.getX()>getWidth()) {
        double howFar = position.getX()-getWidth();
        position.setX(getWidth()-howFar);
        velocity.setX(-velocity.getX());
    }   
    else    {}
    //Y coordinate
    if(position.getY()<0.0) {
        position.setY(Math.abs(position.getY()));
        velocity.setY(-velocity.getY());    
    }
    else if(position.getY()>getWidth()) {
        double howFar = position.getY()-getWidth();
        position.setY(getWidth()-howFar);
        velocity.setY(-velocity.getY());
    }   
    else    {}
    //Z coordinate
    if(position.getZ()<0.0) {
        position.setZ(Math.abs(position.getZ()));
        velocity.setZ(-velocity.getZ());    
    }
    else if(position.getZ()>getWidth()) {
        double howFar = position.getZ()-getWidth();
        position.setZ(getWidth()-howFar);
        velocity.setZ(-velocity.getZ());
    }   
    else    {}

    a.setPosition(position);
    a.setVelocity(velocity);
}//End checkBoundaries(i)

将粒子保留在盒子中。另一方面，对于定期...

@Override
public Vector3d getParticleSeparation(Particle3d a,Particle3d b) {
    Vector3d sep = Particle3d.sepParticle3d(a, b);
    if(sep.getX()>=(double)getWidth()/2)    {
        sep.setX(sep.getX()-getWidth());
    }   else{}
    if(sep.getY()>=(double)getWidth()/2)    {
        sep.setY(sep.getY()-getWidth());
    }   else{}
    if(sep.getZ()>=(double)getWidth()/2)    {
        sep.setZ(sep.getZ()-getWidth());
    }   else{}

    return sep;
}

给出粒子分离和

@Override
public void checkBoundaries(Particle3d a) {
    Vector3d position = new Vector3d();

    position.setX((getWidth()+a.getPosition().getX())%getWidth());
    position.setY((getWidth()+a.getPosition().getY())%getWidth());
    position.setZ((getWidth()+a.getPosition().getZ())%getWidth());

    a.setPosition(position);
}

检查边界。两种分离方法都调用

//Relative seperation
public static Vector3d sepParticle3d( Particle3d a, Particle3d b) {
    return new Vector3d(Vector3d.subVector3d(b.getPosition(),a.getPosition()));
}

这只是笛卡尔空间中两个粒子的矢量分离。我的编码是否有错误，或者我的模拟因周期性边界条件而崩溃的其他原因？

谢谢

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也许你已经想通了，但我认为错误在于周期性边界的 checkBoundaries 代码。我可能错了，但我认为您不能在浮点数/双精度数上使用 % 运算符。我认为代码应该是（另见https://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_boundary_conditions）

Vector3d op = a.getPosition(); //old position
double w = getWidth();
position.setX( op.getX() - w*((int)(2*op.getX()-1)) );
position.setX( op.getY() - w*((int)(2*op.getY()-1)) );
position.setX( op.getZ() - w*((int)(2*op.getZ()-1)) );
于 2012-06-06T13:47:09.857 回答