-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
argon.cpp
389 lines (318 loc) · 12 KB
/
argon.cpp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <random>
#include <fstream>
#include "argon.h"
#include <cstdlib>
using namespace std;
void savefile(State &state,char *oFile,int N,string rp,bool b,double t){
// Zapis wartości XYZ
if (rp == "r") {
ofstream ofile;
if (b) {
ofile.open(oFile,std::ios_base::app);
}
else {
ofile.open(oFile);
}
if(ofile.is_open()){
ofile<<"125"<<"\n"<<endl;
for (int i=0;i<N;i++)ofile<<"Ar "<<state.r[i][0]<<' '<<state.r[i][1]<<' '<<state.r[i][2]<<endl;
ofile.close();
}
else {
cout << "Unable to save file!"<<endl;
exit(1);
}
}
// Zapis wartości Px Py Pz
if (rp == "p") {
ofstream ofile;
if (b) {
ofile.open(oFile,std::ios_base::app);
}
else {
ofile.open(oFile);
}
if(ofile.is_open()){
for (int i=0;i<N;i++)ofile<<state.p[i][0]<<'\t'<<state.p[i][1]<<'\t'<<state.p[i][2]<<endl;
ofile<<"\n"<<endl;
ofile.close();
}
else {
cout << "Unable to save file!"<<endl;
exit(1);
}
}
// Zapis wartości Fx Fy Fz
if (rp == "f") {
ofstream ofile;
if (b) {
ofile.open(oFile,std::ios_base::app);
}
else {
ofile.open(oFile);
}
if(ofile.is_open()){
for (int i=0;i<N;i++)ofile<<state.F[i][0]<<'\t'<<state.F[i][1]<<'\t'<<state.F[i][2]<<endl;
ofile<<"\n"<<endl;
ofile.close();
}
else {
cout << "Unable to save file!"<<endl;
exit(1);
}
}
// Zapis wartości stanu
if (rp == "s") {
ofstream ofile;
if (b) {
ofile.open(oFile,std::ios_base::app);
}
else {
ofile.open(oFile);
}
if(ofile.is_open()){
if(b==0){
ofile << "TIME" << '\t' << '\t' << "H" << '\t' << '\t' << "V" << '\t' << '\t' << "T" << '\t' << '\t' << "P" << endl;
ofile <<t<<'\t'<< '\t' << state.H << '\t'<< '\t' << state.V << '\t'<< '\t' << state.T << '\t'<< '\t' << state.P << endl;
}
else{
ofile <<t<<'\t'<< '\t' << state.H << '\t'<< '\t' << state.V << '\t'<< '\t' << state.T << '\t'<< '\t' << state.P << endl;
}
ofile.close();
}
else {
cout << "Unable to save file!"<<endl;
exit(1);
}
}
// Zapis wartości XYZ wraz z Ekin
if (rp == "e") {
ofstream ofile;
if (b) {
ofile.open(oFile,std::ios_base::app);
}
else {
ofile.open(oFile);
}
if(ofile.is_open()){
for (int i=0;i<N;i++)ofile<<state.r[i][0]<<'\t'<<state.r[i][1]<<'\t'<<state.r[i][2]<<'\t'<<state.Ekin<<endl;
ofile<<"\n"<<endl;
ofile.close();
}
else {
cout << "Unable to save file!"<<endl;
exit(1);
}
}
}
void readfile(Parameters ¶meters,char *oFile){
// Odczyt wartosci parametrow z pliku
ifstream ifile;
ifile.open(oFile);
if (ifile.is_open()) {
ifile>>parameters.n>>parameters.m>>parameters.a>>parameters.f>>parameters.R>>parameters.e>>parameters.L>>parameters.T0>>parameters.tao>>parameters.So>>parameters.Sd>>parameters.Sout>>parameters.Sxyz;
}
else {
cout << "Unable to read file!" << endl;
exit(1);
}
}
void count_position(State &state, Parameters ¶meters,double *b0, double *b1, double *b2){
// Liczenie początkowych położen w krysztale
int i = 0;
for(int i0=0;i0<parameters.n;i0++){
for(int i1=0;i1<parameters.n;i1++){
for(int i2=0;i2<parameters.n;i2++){
state.r[i][0] = (i0 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b0[0] + (i1 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b1[0] +
(i2 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b2[0];
state.r[i][1] = (i0 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b0[1] + (i1 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b1[1] +
(i2 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b2[1];
state.r[i][2] = (i0 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b0[2] + (i1 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b1[2] +
(i2 - (parameters.n - 1.0) / 2.0) * b2[2];
i++;
}
}
}
}
void count_pendulum(State &state, Parameters ¶meters,int N){
// Liczenie początkowych pędów wraz z ich wyśrodkowaniem
double ekinx = 0;
double ekiny = 0;
double ekinz = 0;
double lambdax = 0;
double lambday = 0;
double lambdaz = 0;
double Px = 0;
double Py = 0;
double Pz = 0;
for(int j=0;j<N;j++) {
// Obliczanie pedow poczatkowych
lambdax = drand48();
lambday = drand48();
lambdaz = drand48();
ekinx = (-1.0) * 0.5 * parameters.kb * parameters.T0 * log(lambdax);
ekiny = (-1.0) * 0.5 * parameters.kb * parameters.T0 * log(lambday);
ekinz = (-1.0) * 0.5 * parameters.kb * parameters.T0 * log(lambdaz);
lambdax = drand48();
lambday = drand48();
lambdaz = drand48();
(lambdax > 0.5) ? lambdax = -1 : lambdax = 1;
(lambday > 0.5) ? lambday = -1 : lambday = 1;
(lambdaz > 0.5) ? lambdaz = -1 : lambdaz = 1;
state.p[j][0] = lambdax * sqrt(2.0 * parameters.m * ekinx);
state.p[j][1] = lambday * sqrt(2.0 * parameters.m * ekiny);
state.p[j][2] = lambdaz * sqrt(2.0 * parameters.m * ekinz);
// Wysrodkowanie pedow
Px += state.p[j][0];
Py += state.p[j][1];
Pz += state.p[j][2];
state.p[j][0] -= Px * 1.0 / N;
state.p[j][1] -= Py * 1.0 / N;
state.p[j][2] -= Pz * 1.0 / N;
}
}
void simulation(State &state, Parameters ¶meters,int N){
double ri = 0;
double rij = 0;
double riL = 0;
double lri = 0;
double R_rij = 0;
double R_12 = 0;
double R_6 = 0;
double v_chwil = 0;
// Zerowanie wszystkich sił
for(int i=0;i<N;i++){
state.F[i][0] = 0.0;
state.F[i][1] = 0.0;
state.F[i][2] = 0.0;
}
// Zerowanie wartości stanu kryształu
state.V = 0.0;
state.P = 0.0;
state.H = 0.0;
for(int i=0;i<N;i++){
ri = pow((pow(state.r[i][0],2) + pow(state.r[i][1],2) + pow(state.r[i][2],2)),0.5);
// Obliczanie potencjału oraz ciśnienia wraz z ich akumulacją do stanu kryształu
if (ri < parameters.L){
state.V += 0;
state.F[i][0] += 0;
state.F[i][1] += 0;
state.F[i][2] += 0;
}
else {
riL = ri-parameters.L;
lri = parameters.L-ri;
state.V += 0.5 * parameters.f * pow(riL,2);
state.F[i][0] += parameters.f * state.r[i][0] * lri / ri;
state.F[i][1] += parameters.f * state.r[i][1] * lri / ri;
state.F[i][2] += parameters.f * state.r[i][2] * lri / ri;
}
// Obliczanie ciśnienia chwilowego
state.P += sqrt(state.F[i][0] * state.F[i][0] + state.F[i][1] * state.F[i][1] + state.F[i][2] * state.F[i][2]) / (4.0 * parameters.Pi * parameters.L * parameters.L);
for(int j=0;j<i;j++){
rij = sqrt((pow((state.r[i][0] - state.r[j][0]),2) + pow((state.r[i][1] - state.r[j][1]),2) + pow((state.r[i][2] - state.r[j][2]),2)));
R_rij = parameters.R / rij;
R_12 = pow(R_rij, 12);
R_6 = pow(R_rij, 6);
v_chwil = parameters.e * (R_12 - 2*R_6);
state.V += v_chwil;
state.F[i][0] += 12 * (R_12-R_6) * (state.r[i][0] - state.r[j][0]) / pow(rij,2);
state.F[i][1] += 12 * (R_12-R_6) * (state.r[i][1] - state.r[j][1]) / pow(rij,2);
state.F[i][2] += 12 * (R_12-R_6) * (state.r[i][2] - state.r[j][2]) / pow(rij,2);
state.F[j][0] -= 12 * (R_12-R_6) * (state.r[i][0] - state.r[j][0]) / pow(rij,2);
state.F[j][1] -= 12 * (R_12-R_6) * (state.r[i][1] - state.r[j][1]) / pow(rij,2);
state.F[j][2] -= 12 * (R_12-R_6) * (state.r[i][2] - state.r[j][2]) / pow(rij,2);
}
// Obliczanie członu związanego z energia kinecztyczna i akumalcja do energi całkowitej
state.H += (pow(state.p[i][0],2) + pow(state.p[i][1],2) + pow(state.p[i][2],2)) / (2 * parameters.m);
}
// Akumulacja członu zwiazanego z potencjałem do energi całkowitej
state.H += state.V;
}
int main(int argc, char *arg[]){
//WARUNKI POCZATKOWE
Parameters parameters = Parameters();
State state = State();
// Wczytywanie wartości parametrow z pliku
readfile(parameters,arg[1]);
int N = pow(parameters.n,3);
double krok_t = 0;
// WEKTORY WLASNE
double b0 [3]={parameters.a,0.0,0.0};
double b1 [3]={parameters.a / (2.0),parameters.a * sqrt(3.0) / (2.0),0.0};
double b2 [3]={parameters.a / (2.0),parameters.a * sqrt(3.0) / (6.0),parameters.a * sqrt((2.0) / (3.0))};
// OBLICZANIE POLOZEN POCZATKOWYCH
count_position(state,parameters,b0,b1,b2);
// OBLICZANIE PEDOW
count_pendulum(state,parameters,N);
// ZAPIS DO PLIKOW TEKSTOWYCH
savefile(state,arg[3],N,"r",0,krok_t);
savefile(state,arg[2],N,"s",0,krok_t);
//savefile(state,arg[4],N,"e",0,krok_t);
// ALGORYTM 2
simulation(state, parameters,N);
cout<<"V poczatkowe: "<<state.V<<endl;
cout<<"P poczatkowe: "<<state.P<<endl;
//ALGORYTM 1
// Zerowanie wartości uśrednionych
state.H_srd=0.0;
state.P_srd=0.0;
state.T_srd=0.0;
for (int s = 0; s < (parameters.So+parameters.Sd);s++) {
for (int i = 0; i < N; i++) {
// Modyfikacja pędów
state.p[i][0] += 0.5 * state.F[i][0] * parameters.tao;
state.p[i][1] += 0.5 * state.F[i][1] * parameters.tao;
state.p[i][2] += 0.5 * state.F[i][2] * parameters.tao;
// Modyfikacja położeń
state.r[i][0] += (1.0 / parameters.m) * state.p[i][0] * parameters.tao;
state.r[i][1] += (1.0 / parameters.m) * state.p[i][1] * parameters.tao;
state.r[i][2] += (1.0 / parameters.m) * state.p[i][2] * parameters.tao;
}
//Obliczanie nowych sil
simulation(state, parameters, N);
state.Ekin = 0.0;
for (int i = 0; i < N; i++) {
// Modyfikacja pędów
state.p[i][0] += 0.5 * state.F[i][0] * parameters.tao;
state.p[i][1] += 0.5 * state.F[i][1] * parameters.tao;
state.p[i][2] += 0.5 * state.F[i][2] * parameters.tao;
// Obliczanie energi kinetycznej chwilowej
state.Ekin += (pow(state.p[i][0],2) + pow(state.p[i][1],2) + pow(state.p[i][2],2)) / (2 * parameters.m);
}
// Obliczanie temperatury chwilowej
state.T = 2.0 / (3.0 * N * parameters.kb) * state.Ekin;
// Obliczanie całkowitej energii chwilowej
state.H = state.Ekin + state.V;
cout<<"P chwilowe: "<<state.P<<endl;
cout<<"T chwilowe: "<<state.T<<endl;
cout<<"Ekin chwilowa : "<<state.Ekin<<endl;
cout<<"V chwilowy: "<<state.V<<endl;
cout<<"H chwilowy: "<<state.H<<endl;
savefile(state,arg[3],N,"r",1,krok_t);
// Jezeli s jest wielkrotnoscia Sout to zapis stamu krysztalu do pliku
if(s%(int)parameters.Sout==0){
savefile(state,arg[2],N,"s",1,krok_t);
}
// Jezeli s jest wielkrotnoscia Sxyz to zapis wartosci xyz wraz z Ekin do pliku
if(s%(int)parameters.Sxyz==0){
//savefile(state,arg[4],N,"e",1,krok_t);
}
// Jezeli s jest wieksze niz So to akumulacja wartości uśrednianych
if(s>=parameters.So) {
state.T_srd += state.T;
state.P_srd += state.P;
state.H_srd += state.H;
}
krok_t += parameters.tao;
}
state.T_srd = state.T_srd / parameters.Sd;
state.P_srd = state.P_srd / parameters.Sd;
state.H_srd = state.H_srd / parameters.Sd;
cout<<"Temperatura srednia:"<<state.T_srd<<endl;
cout<<"Cisnienie srednie:"<<state.P_srd<<endl;
cout<<"Energia srednia:"<<state.H_srd<<endl;
return 0;
}