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root/OpenMD/branches/development/src/nonbonded/Morse.cpp
(Generate patch)

Comparing branches/development/src/nonbonded/Morse.cpp (file contents):
Revision 1501 by gezelter, Wed Sep 15 19:32:10 2010 UTC vs.
Revision 1664 by gezelter, Tue Nov 22 14:37:41 2011 UTC

# Line 45 | Line 45
45   #include <cmath>
46   #include "nonbonded/Morse.hpp"
47   #include "utils/simError.h"
48 < #include "types/NonBondedInteractionType.hpp"
48 > #include "types/MorseInteractionType.hpp"
49  
50   using namespace std;
51  
52   namespace OpenMD {
53  
54 <  bool Morse::initialized_ = false;
55 <  bool Morse::shiftedPot_ = false;
56 <  bool Morse::shiftedFrc_ = false;
57 <  ForceField* Morse::forceField_ = NULL;
58 <  map<int, AtomType*> Morse::MorseMap;
59 <  map<pair<AtomType*, AtomType*>, MorseInteractionData> Morse::MixingMap;
60 <  map<string, MorseInteractionType> Morse::stringToEnumMap_;
54 >  Morse::Morse() : name_("Morse"), initialized_(false), forceField_(NULL) {}
55    
62 –  Morse* Morse::_instance = NULL;
63 –
64 –  Morse* Morse::Instance() {
65 –    if (!_instance) {
66 –      _instance = new Morse();
67 –    }
68 –    return _instance;
69 –  }
70 –
56    void Morse::initialize() {    
57  
73 –    stringToEnumMap_["shiftedMorse"] = shiftedMorse;
74 –    stringToEnumMap_["repulsiveMorse"] = repulsiveMorse;
75 –
58      ForceField::NonBondedInteractionTypeContainer* nbiTypes = forceField_->getNonBondedInteractionTypes();
59      ForceField::NonBondedInteractionTypeContainer::MapTypeIterator j;
60      NonBondedInteractionType* nbt;
61 +    ForceField::NonBondedInteractionTypeContainer::KeyType keys;
62  
63      for (nbt = nbiTypes->beginType(j); nbt != NULL;
64           nbt = nbiTypes->nextType(j)) {
65        
66        if (nbt->isMorse()) {
67 <        
68 <        pair<AtomType*, AtomType*> atypes = nbt->getAtomTypes();
69 <        
87 <        GenericData* data = nbt->getPropertyByName("Morse");
88 <        if (data == NULL) {
89 <          sprintf( painCave.errMsg, "Morse::initialize could not find\n"
90 <                   "\tMorse parameters for %s - %s interaction.\n",
91 <                   atypes.first->getName().c_str(),
92 <                   atypes.second->getName().c_str());
93 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
94 <          painCave.isFatal = 1;
95 <          simError();
96 <        }
97 <        
98 <        MorseData* morseData = dynamic_cast<MorseData*>(data);
99 <        if (morseData == NULL) {
100 <          sprintf( painCave.errMsg,
101 <                   "Morse::initialize could not convert GenericData to\n"
102 <                   "\tMorseData for %s - %s interaction.\n",
103 <                   atypes.first->getName().c_str(),
104 <                   atypes.second->getName().c_str());
105 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
106 <          painCave.isFatal = 1;
107 <          simError();          
108 <        }
109 <        
110 <        MorseParam morseParam = morseData->getData();
67 >        keys = nbiTypes->getKeys(j);
68 >        AtomType* at1 = forceField_->getAtomType(keys[0]);
69 >        AtomType* at2 = forceField_->getAtomType(keys[1]);
70  
71 <        RealType De = morseParam.De;
113 <        RealType Re = morseParam.Re;
114 <        RealType beta = morseParam.beta;
115 <        string interactionType = morseParam.interactionType;
71 >        MorseInteractionType* mit = dynamic_cast<MorseInteractionType*>(nbt);
72  
73 <        toUpper(interactionType);
118 <        map<string, MorseInteractionType>::iterator i;
119 <        i = stringToEnumMap_.find(interactionType);
120 <        if (i != stringToEnumMap_.end()) {
121 <          addExplicitInteraction(atypes.first, atypes.second,
122 <                                 De, Re, beta, i->second );
123 <        } else {
73 >        if (mit == NULL) {
74            sprintf( painCave.errMsg,
75 <                   "Morse::initialize found unknown Morse interaction type\n"
76 <                   "\t(%s) for %s - %s interaction.\n",
77 <                   morseParam.interactionType.c_str(),
78 <                   atypes.first->getName().c_str(),
129 <                   atypes.second->getName().c_str());
75 >                   "Morse::initialize could not convert NonBondedInteractionType\n"
76 >                   "\tto MorseInteractionType for %s - %s interaction.\n",
77 >                   at1->getName().c_str(),
78 >                   at2->getName().c_str());
79            painCave.severity = OPENMD_ERROR;
80            painCave.isFatal = 1;
81            simError();          
82          }
83 +        
84 +        RealType De = mit->getD();
85 +        RealType Re = mit->getR();
86 +        RealType beta = mit->getBeta();
87 +  
88 +        MorseType variant = mit->getInteractionType();
89 +        addExplicitInteraction(at1, at2, De, Re, beta, variant );
90        }
91      }  
92      initialized_ = true;
# Line 138 | Line 94 | namespace OpenMD {
94        
95    void Morse::addExplicitInteraction(AtomType* atype1, AtomType* atype2,
96                                       RealType De, RealType Re, RealType beta,
97 <                                     MorseInteractionType mit) {
97 >                                     MorseType mt) {
98  
143 –    AtomTypeProperties atp = atype1->getATP();    
144 –    MorseMap.insert( pair<int, AtomType*>(atp.ident, atype1) );
145 –
146 –    atp = atype2->getATP();    
147 –    MorseMap.insert( pair<int, AtomType*>(atp.ident, atype2) );
148 –
99      MorseInteractionData mixer;
100      mixer.De = De;
101      mixer.Re = Re;
102      mixer.beta = beta;
103 <    mixer.interactionType = mit;
103 >    mixer.variant = mt;
104  
105      pair<AtomType*, AtomType*> key1, key2;
106      key1 = make_pair(atype1, atype2);
# Line 162 | Line 112 | namespace OpenMD {
112      }    
113    }
114    
115 <  void Morse::calcForce(AtomType* at1, AtomType* at2, Vector3d d,
166 <                        RealType r, RealType r2, RealType rcut, RealType sw,
167 <                        RealType vdwMult, RealType &vpair, RealType &pot,
168 <                        Vector3d &f1) {
115 >  void Morse::calcForce(InteractionData &idat) {
116  
117      if (!initialized_) initialize();
118      
119 <    RealType myPot = 0.0;
120 <    RealType myPotC = 0.0;
121 <    RealType myDeriv = 0.0;
122 <    RealType myDerivC = 0.0;
123 <
124 <    pair<AtomType*, AtomType*> key = make_pair(at1, at2);
125 <    MorseInteractionData mixer = MixingMap[key];
126 <
127 <    RealType De = mixer.De;
128 <    RealType Re = mixer.Re;
129 <    RealType beta = mixer.beta;
130 <    MorseInteractionType interactionType = mixer.interactionType;
131 <  
132 <    // V(r) = D_e exp(-a(r-re)(exp(-a(r-re))-2)
133 <    
134 <    RealType expt     = -beta*(r - Re);
135 <    RealType expfnc   = exp(expt);
136 <    RealType expfnc2  = expfnc*expfnc;
137 <
138 <    RealType exptC = 0.0;
139 <    RealType expfncC = 0.0;
140 <    RealType expfnc2C = 0.0;
141 <
142 <    if (Morse::shiftedPot_ || Morse::shiftedFrc_) {
143 <      exptC     = -beta*(rcut - Re);
144 <      expfncC   = exp(exptC);
145 <      expfnc2C  = expfncC*expfncC;
146 <    }
147 <
201 <
202 <    switch(interactionType) {
203 <    case shiftedMorse : {
204 <
205 <      myPot  = De * (expfnc2  - 2.0 * expfnc);
206 <      myDeriv   = 2.0 * De * beta * (expfnc - expfnc2);
207 <
208 <      if (Morse::shiftedPot_) {
209 <        myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
210 <        myDerivC = 0.0;
211 <      } else if (Morse::shiftedFrc_) {
212 <        myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
213 <        myDerivC  = 2.0 * De * beta * (expfnc2C - expfnc2C);
214 <        myPotC += myDerivC * (r - rcut);
215 <      } else {
216 <        myPotC = 0.0;
217 <        myDerivC = 0.0;
119 >    map<pair<AtomType*, AtomType*>, MorseInteractionData>::iterator it;
120 >    it = MixingMap.find( idat.atypes );
121 >    if (it != MixingMap.end()) {
122 >      MorseInteractionData mixer = (*it).second;
123 >      
124 >      RealType myPot = 0.0;
125 >      RealType myPotC = 0.0;
126 >      RealType myDeriv = 0.0;
127 >      RealType myDerivC = 0.0;
128 >      
129 >      RealType De = mixer.De;
130 >      RealType Re = mixer.Re;
131 >      RealType beta = mixer.beta;
132 >      MorseType variant = mixer.variant;
133 >      
134 >      // V(r) = D_e exp(-a(r-re)(exp(-a(r-re))-2)
135 >      
136 >      RealType expt     = -beta*( *(idat.rij) - Re);
137 >      RealType expfnc   = exp(expt);
138 >      RealType expfnc2  = expfnc*expfnc;
139 >      
140 >      RealType exptC = 0.0;
141 >      RealType expfncC = 0.0;
142 >      RealType expfnc2C = 0.0;
143 >      
144 >      if (idat.shiftedPot || idat.shiftedForce) {
145 >        exptC     = -beta*( *(idat.rcut) - Re);
146 >        expfncC   = exp(exptC);
147 >        expfnc2C  = expfncC*expfncC;
148        }
149 <
150 <      break;
151 <    }
152 <    case repulsiveMorse : {
153 <
154 <      myPot  = De * expfnc2;
155 <      myDeriv  = -2.0 * De * beta * expfnc2;
156 <
157 <      if (Morse::shiftedPot_) {
158 <        myPotC = De * expfnc2C;
159 <        myDerivC = 0.0;
160 <      } else if (Morse::shiftedFrc_) {
161 <        myPotC = De * expfnc2C;
162 <        myDerivC = -2.0 * De * beta * expfnc2C;
163 <        myPotC += myDerivC * (r - rcut);
164 <      } else {
165 <        myPotC = 0.0;
166 <        myDerivC = 0.0;
149 >      
150 >      
151 >      switch(variant) {
152 >      case mtShifted : {
153 >        
154 >        myPot  = De * (expfnc2  - 2.0 * expfnc);
155 >        myDeriv   = 2.0 * De * beta * (expfnc - expfnc2);
156 >        
157 >        if (idat.shiftedPot) {
158 >          myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
159 >          myDerivC = 0.0;
160 >        } else if (idat.shiftedForce) {
161 >          myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
162 >          myDerivC  = 2.0 * De * beta * (expfnc2C - expfnc2C);
163 >          myPotC += myDerivC * ( *(idat.rij) - *(idat.rcut) );
164 >        } else {
165 >          myPotC = 0.0;
166 >          myDerivC = 0.0;
167 >        }
168 >        
169 >        break;
170        }
171 <
172 <      break;
171 >      case mtRepulsive : {
172 >        
173 >        myPot  = De * expfnc2;
174 >        myDeriv  = -2.0 * De * beta * expfnc2;
175 >        
176 >        if (idat.shiftedPot) {
177 >          myPotC = De * expfnc2C;
178 >          myDerivC = 0.0;
179 >        } else if (idat.shiftedForce) {
180 >          myPotC = De * expfnc2C;
181 >          myDerivC = -2.0 * De * beta * expfnc2C;
182 >          myPotC += myDerivC * ( *(idat.rij) - *(idat.rcut));
183 >        } else {
184 >          myPotC = 0.0;
185 >          myDerivC = 0.0;
186 >        }
187 >        
188 >        break;
189 >      }
190 >      case mtUnknown: {
191 >        // don't know what to do so don't do anything
192 >        break;
193 >      }
194 >      }
195 >      
196 >      RealType pot_temp = *(idat.vdwMult) * (myPot - myPotC);
197 >      *(idat.vpair) += pot_temp;
198 >      
199 >      RealType dudr = *(idat.sw) * *(idat.vdwMult) * (myDeriv - myDerivC);
200 >      
201 >      (*(idat.pot))[VANDERWAALS_FAMILY] += *(idat.sw) * pot_temp;
202 >      *(idat.f1) = *(idat.d) * dudr / *(idat.rij);
203      }
241 –    }
242 –
243 –    RealType pot_temp = vdwMult * (myPot - myPotC);
244 –    vpair += pot_temp;
245 –
246 –    RealType dudr = sw * vdwMult * (myDeriv - myDerivC);
247 –    
248 –    pot += sw * pot_temp;
249 –    f1 = d * dudr / r;
250 –
204      return;
252 –
253 –  }
254 –
255 –  void Morse::do_morse_pair(int *atid1, int *atid2, RealType *d,
256 –                            RealType *rij, RealType *r2, RealType *rcut,
257 –                            RealType *sw, RealType *vdwMult,
258 –                            RealType *vpair, RealType *pot, RealType *f1) {
259 –
260 –    if (!initialized_) initialize();
205      
262 –    AtomType* atype1 = MorseMap[*atid1];
263 –    AtomType* atype2 = MorseMap[*atid2];
264 –    
265 –    Vector3d disp(d[0], d[1], d[2]);
266 –    Vector3d frc(f1[0], f1[1], f1[2]);
267 –    
268 –    calcForce(atype1, atype2, disp, *rij, *r2, *rcut, *sw, *vdwMult, *vpair,
269 –              *pot, frc);
270 –      
271 –    f1[0] = frc.x();
272 –    f1[1] = frc.y();
273 –    f1[2] = frc.z();
274 –
275 –    return;    
206    }
207      
208 <  void Morse::setMorseDefaultCutoff(RealType *thisRcut, int *sP, int *sF) {
209 <    shiftedPot_ = (bool)(*sP);
210 <    shiftedFrc_ = (bool)(*sF);
211 <  }
212 < }
208 >  RealType Morse::getSuggestedCutoffRadius(pair<AtomType*, AtomType*> atypes) {
209 >    if (!initialized_) initialize();  
210 >    map<pair<AtomType*, AtomType*>, MorseInteractionData>::iterator it;
211 >    it = MixingMap.find(atypes);
212 >    if (it == MixingMap.end())
213 >      return 0.0;
214 >    else  {
215 >      MorseInteractionData mixer = (*it).second;
216  
217 < extern "C" {
218 <  
219 < #define fortranSetMorseCutoff FC_FUNC(setmorsedefaultcutoff, SETMORSEDEFAULTCUTOFF)
220 < #define fortranDoMorsePair FC_FUNC(do_morse_pair, DO_MORSE_PAIR)
221 <  
222 <  void fortranSetMorseCutoff(RealType *rcut, int *shiftedPot, int *shiftedFrc) {
223 <    return OpenMD::Morse::Instance()->setMorseDefaultCutoff(rcut, shiftedPot,
224 <                                                            shiftedFrc);
217 >      RealType Re = mixer.Re;
218 >      RealType beta = mixer.beta;
219 >      // This value of the r corresponds to an energy about 1.48% of
220 >      // the energy at the bottom of the Morse well.  For comparison, the
221 >      // Lennard-Jones function is about 1.63% of it's minimum value at
222 >      // a distance of 2.5 sigma.
223 >      return (4.9 + beta * Re) / beta;
224 >    }
225    }
293 –  void fortranDoMorsePair(int *atid1, int *atid2, RealType *d, RealType *rij,
294 –                          RealType *r2, RealType *rcut, RealType *sw,
295 –                          RealType *vdwMult, RealType* vpair, RealType* pot,
296 –                          RealType *f1){
297 –    
298 –    return OpenMD::Morse::Instance()->do_morse_pair(atid1, atid2, d, rij, r2,
299 –                                                    rcut, sw, vdwMult, vpair,
300 –                                                    pot, f1);
301 –  }
226   }
227 +

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