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

Comparing branches/development/src/nonbonded/Morse.cpp (file contents):
Revision 1502 by gezelter, Sat Oct 2 19:53:32 2010 UTC vs.
Revision 1874 by gezelter, Wed May 15 15:09:35 2013 UTC

# Line 35 | Line 35
35   *                                                                      
36   * [1]  Meineke, et al., J. Comp. Chem. 26, 252-271 (2005).            
37   * [2]  Fennell & Gezelter, J. Chem. Phys. 124, 234104 (2006).          
38 < * [3]  Sun, Lin & Gezelter, J. Chem. Phys. 128, 24107 (2008).          
39 < * [4]  Vardeman & Gezelter, in progress (2009).                        
38 > * [3]  Sun, Lin & Gezelter, J. Chem. Phys. 128, 234107 (2008).          
39 > * [4]  Kuang & Gezelter,  J. Chem. Phys. 133, 164101 (2010).
40 > * [5]  Vardeman, Stocker & Gezelter, J. Chem. Theory Comput. 7, 834 (2011).
41   */
42  
43   #include <stdio.h>
# Line 45 | Line 46
46   #include <cmath>
47   #include "nonbonded/Morse.hpp"
48   #include "utils/simError.h"
49 < #include "types/NonBondedInteractionType.hpp"
49 > #include "types/MorseInteractionType.hpp"
50  
51   using namespace std;
52  
53   namespace OpenMD {
54  
55 <  Morse::Morse() : name_("Morse"), initialized_(false), forceField_(NULL),
55 <                   shiftedPot_(false), shiftedFrc_(false) {}
55 >  Morse::Morse() : name_("Morse"), initialized_(false), forceField_(NULL) {}
56    
57    void Morse::initialize() {    
58  
59 –    stringToEnumMap_["shiftedMorse"] = shiftedMorse;
60 –    stringToEnumMap_["repulsiveMorse"] = repulsiveMorse;
61 –
59      ForceField::NonBondedInteractionTypeContainer* nbiTypes = forceField_->getNonBondedInteractionTypes();
60      ForceField::NonBondedInteractionTypeContainer::MapTypeIterator j;
61      NonBondedInteractionType* nbt;
62 +    ForceField::NonBondedInteractionTypeContainer::KeyType keys;
63  
64      for (nbt = nbiTypes->beginType(j); nbt != NULL;
65           nbt = nbiTypes->nextType(j)) {
66        
67        if (nbt->isMorse()) {
68 <        
69 <        pair<AtomType*, AtomType*> atypes = nbt->getAtomTypes();
70 <        
73 <        GenericData* data = nbt->getPropertyByName("Morse");
74 <        if (data == NULL) {
75 <          sprintf( painCave.errMsg, "Morse::initialize could not find\n"
76 <                   "\tMorse parameters for %s - %s interaction.\n",
77 <                   atypes.first->getName().c_str(),
78 <                   atypes.second->getName().c_str());
79 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
80 <          painCave.isFatal = 1;
81 <          simError();
82 <        }
83 <        
84 <        MorseData* morseData = dynamic_cast<MorseData*>(data);
85 <        if (morseData == NULL) {
86 <          sprintf( painCave.errMsg,
87 <                   "Morse::initialize could not convert GenericData to\n"
88 <                   "\tMorseData for %s - %s interaction.\n",
89 <                   atypes.first->getName().c_str(),
90 <                   atypes.second->getName().c_str());
91 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
92 <          painCave.isFatal = 1;
93 <          simError();          
94 <        }
95 <        
96 <        MorseParam morseParam = morseData->getData();
68 >        keys = nbiTypes->getKeys(j);
69 >        AtomType* at1 = forceField_->getAtomType(keys[0]);
70 >        AtomType* at2 = forceField_->getAtomType(keys[1]);
71  
72 <        RealType De = morseParam.De;
99 <        RealType Re = morseParam.Re;
100 <        RealType beta = morseParam.beta;
101 <        string interactionType = morseParam.interactionType;
72 >        MorseInteractionType* mit = dynamic_cast<MorseInteractionType*>(nbt);
73  
74 <        toUpper(interactionType);
104 <        map<string, MorseInteractionType>::iterator i;
105 <        i = stringToEnumMap_.find(interactionType);
106 <        if (i != stringToEnumMap_.end()) {
107 <          addExplicitInteraction(atypes.first, atypes.second,
108 <                                 De, Re, beta, i->second );
109 <        } else {
74 >        if (mit == NULL) {
75            sprintf( painCave.errMsg,
76 <                   "Morse::initialize found unknown Morse interaction type\n"
77 <                   "\t(%s) for %s - %s interaction.\n",
78 <                   morseParam.interactionType.c_str(),
79 <                   atypes.first->getName().c_str(),
115 <                   atypes.second->getName().c_str());
76 >                   "Morse::initialize could not convert NonBondedInteractionType\n"
77 >                   "\tto MorseInteractionType for %s - %s interaction.\n",
78 >                   at1->getName().c_str(),
79 >                   at2->getName().c_str());
80            painCave.severity = OPENMD_ERROR;
81            painCave.isFatal = 1;
82            simError();          
83          }
84 +        
85 +        RealType De = mit->getD();
86 +        RealType Re = mit->getR();
87 +        RealType beta = mit->getBeta();
88 +  
89 +        MorseType variant = mit->getInteractionType();
90 +        addExplicitInteraction(at1, at2, De, Re, beta, variant );
91        }
92      }  
93      initialized_ = true;
# Line 124 | Line 95 | namespace OpenMD {
95        
96    void Morse::addExplicitInteraction(AtomType* atype1, AtomType* atype2,
97                                       RealType De, RealType Re, RealType beta,
98 <                                     MorseInteractionType mit) {
98 >                                     MorseType mt) {
99  
100      MorseInteractionData mixer;
101      mixer.De = De;
102      mixer.Re = Re;
103      mixer.beta = beta;
104 <    mixer.interactionType = mit;
104 >    mixer.variant = mt;
105  
106      pair<AtomType*, AtomType*> key1, key2;
107      key1 = make_pair(atype1, atype2);
# Line 142 | Line 113 | namespace OpenMD {
113      }    
114    }
115    
116 <  void Morse::calcForce(InteractionData idat) {
116 >  void Morse::calcForce(InteractionData &idat) {
117  
118      if (!initialized_) initialize();
119      
120 <    RealType myPot = 0.0;
121 <    RealType myPotC = 0.0;
122 <    RealType myDeriv = 0.0;
123 <    RealType myDerivC = 0.0;
124 <
125 <    pair<AtomType*, AtomType*> key = make_pair(idat.atype1, idat.atype2);
126 <    MorseInteractionData mixer = MixingMap[key];
127 <
128 <    RealType De = mixer.De;
129 <    RealType Re = mixer.Re;
130 <    RealType beta = mixer.beta;
131 <    MorseInteractionType interactionType = mixer.interactionType;
132 <  
133 <    // V(r) = D_e exp(-a(r-re)(exp(-a(r-re))-2)
134 <    
135 <    RealType expt     = -beta*(idat.rij - Re);
136 <    RealType expfnc   = exp(expt);
137 <    RealType expfnc2  = expfnc*expfnc;
138 <
139 <    RealType exptC = 0.0;
140 <    RealType expfncC = 0.0;
141 <    RealType expfnc2C = 0.0;
142 <
143 <    if (Morse::shiftedPot_ || Morse::shiftedFrc_) {
144 <      exptC     = -beta*(idat.rcut - Re);
145 <      expfncC   = exp(exptC);
146 <      expfnc2C  = expfncC*expfncC;
147 <    }
148 <
178 <
179 <    switch(interactionType) {
180 <    case shiftedMorse : {
181 <
182 <      myPot  = De * (expfnc2  - 2.0 * expfnc);
183 <      myDeriv   = 2.0 * De * beta * (expfnc - expfnc2);
184 <
185 <      if (Morse::shiftedPot_) {
186 <        myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
187 <        myDerivC = 0.0;
188 <      } else if (Morse::shiftedFrc_) {
189 <        myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
190 <        myDerivC  = 2.0 * De * beta * (expfnc2C - expfnc2C);
191 <        myPotC += myDerivC * (idat.rij - idat.rcut);
192 <      } else {
193 <        myPotC = 0.0;
194 <        myDerivC = 0.0;
120 >    map<pair<AtomType*, AtomType*>, MorseInteractionData>::iterator it;
121 >    it = MixingMap.find( idat.atypes );
122 >    if (it != MixingMap.end()) {
123 >      MorseInteractionData mixer = (*it).second;
124 >      
125 >      RealType myPot = 0.0;
126 >      RealType myPotC = 0.0;
127 >      RealType myDeriv = 0.0;
128 >      RealType myDerivC = 0.0;
129 >      
130 >      RealType De = mixer.De;
131 >      RealType Re = mixer.Re;
132 >      RealType beta = mixer.beta;
133 >      MorseType variant = mixer.variant;
134 >      
135 >      // V(r) = D_e exp(-a(r-re)(exp(-a(r-re))-2)
136 >      
137 >      RealType expt     = -beta*( *(idat.rij) - Re);
138 >      RealType expfnc   = exp(expt);
139 >      RealType expfnc2  = expfnc*expfnc;
140 >      
141 >      RealType exptC = 0.0;
142 >      RealType expfncC = 0.0;
143 >      RealType expfnc2C = 0.0;
144 >      
145 >      if (idat.shiftedPot || idat.shiftedForce) {
146 >        exptC     = -beta*( *(idat.rcut) - Re);
147 >        expfncC   = exp(exptC);
148 >        expfnc2C  = expfncC*expfncC;
149        }
150 <
151 <      break;
152 <    }
153 <    case repulsiveMorse : {
154 <
155 <      myPot  = De * expfnc2;
156 <      myDeriv  = -2.0 * De * beta * expfnc2;
157 <
158 <      if (Morse::shiftedPot_) {
159 <        myPotC = De * expfnc2C;
160 <        myDerivC = 0.0;
161 <      } else if (Morse::shiftedFrc_) {
162 <        myPotC = De * expfnc2C;
163 <        myDerivC = -2.0 * De * beta * expfnc2C;
164 <        myPotC += myDerivC * (idat.rij - idat.rcut);
165 <      } else {
166 <        myPotC = 0.0;
167 <        myDerivC = 0.0;
150 >      
151 >      
152 >      switch(variant) {
153 >      case mtShifted : {
154 >        
155 >        myPot  = De * (expfnc2  - 2.0 * expfnc);
156 >        myDeriv   = 2.0 * De * beta * (expfnc - expfnc2);
157 >        
158 >        if (idat.shiftedPot) {
159 >          myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
160 >          myDerivC = 0.0;
161 >        } else if (idat.shiftedForce) {
162 >          myPotC = De * (expfnc2C - 2.0 * expfncC);
163 >          myDerivC  = 2.0 * De * beta * (expfncC - expfnc2C);
164 >          myPotC += myDerivC * ( *(idat.rij) - *(idat.rcut) );
165 >        } else {
166 >          myPotC = 0.0;
167 >          myDerivC = 0.0;
168 >        }
169 >        
170 >        break;
171        }
172 <
173 <      break;
172 >      case mtRepulsive : {
173 >        
174 >        myPot  = De * expfnc2;
175 >        myDeriv  = -2.0 * De * beta * expfnc2;
176 >        
177 >        if (idat.shiftedPot) {
178 >          myPotC = De * expfnc2C;
179 >          myDerivC = 0.0;
180 >        } else if (idat.shiftedForce) {
181 >          myPotC = De * expfnc2C;
182 >          myDerivC = -2.0 * De * beta * expfnc2C;
183 >          myPotC += myDerivC * ( *(idat.rij) - *(idat.rcut));
184 >        } else {
185 >          myPotC = 0.0;
186 >          myDerivC = 0.0;
187 >        }
188 >        
189 >        break;
190 >      }
191 >      case mtUnknown: {
192 >        // don't know what to do so don't do anything
193 >        break;
194 >      }
195 >      }
196 >      
197 >      RealType pot_temp = *(idat.vdwMult) * (myPot - myPotC);
198 >      *(idat.vpair) += pot_temp;
199 >      
200 >      RealType dudr = *(idat.sw) * *(idat.vdwMult) * (myDeriv - myDerivC);
201 >      
202 >      (*(idat.pot))[VANDERWAALS_FAMILY] += *(idat.sw) * pot_temp;
203 >      *(idat.f1) = *(idat.d) * dudr / *(idat.rij);
204      }
218 –    }
219 –
220 –    RealType pot_temp = idat.vdwMult * (myPot - myPotC);
221 –    idat.vpair += pot_temp;
222 –
223 –    RealType dudr = idat.sw * idat.vdwMult * (myDeriv - myDerivC);
224 –    
225 –    idat.pot += idat.sw * pot_temp;
226 –    idat.f1 = idat.d * dudr / idat.rij;
227 –
205      return;
206 <
206 >    
207    }
208      
209 +  RealType Morse::getSuggestedCutoffRadius(pair<AtomType*, AtomType*> atypes) {
210 +    if (!initialized_) initialize();  
211 +    map<pair<AtomType*, AtomType*>, MorseInteractionData>::iterator it;
212 +    it = MixingMap.find(atypes);
213 +    if (it == MixingMap.end())
214 +      return 0.0;
215 +    else  {
216 +      MorseInteractionData mixer = (*it).second;
217 +
218 +      RealType Re = mixer.Re;
219 +      RealType beta = mixer.beta;
220 +      // This value of the r corresponds to an energy about 1.48% of
221 +      // the energy at the bottom of the Morse well.  For comparison, the
222 +      // Lennard-Jones function is about 1.63% of it's minimum value at
223 +      // a distance of 2.5 sigma.
224 +      return (4.9 + beta * Re) / beta;
225 +    }
226 +  }
227   }
228  

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