src/gromacs/gmxana/gmx_sigeps.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * Good gRace! Old Maple Actually Chews Slate
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include <stdio.h>
  40 #include <math.h>
  41 #include "typedefs.h"
  42 #include "statutil.h"
  43 #include "copyrite.h"
  44 #include "gmx_fatal.h"
  45 #include "xvgr.h"
  46 #include "pdbio.h"
  47 #include "macros.h"
  48 #include "smalloc.h"
  49 #include "vec.h"
  50 #include "pbc.h"
  51 #include "physics.h"
  52 #include "names.h"
  53 #include "txtdump.h"
  54 #include "trnio.h"
  55 #include "symtab.h"
  56 #include "confio.h"
  57
  58 real pot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  59 {
  60     return cn*pow(x, -npow)-c6*pow(x, -6)+qq*ONE_4PI_EPS0/x;
  61 }
  62
  63 real bhpot(real x, real qq, real A, real B, real C)
  64 {
  65     return A*exp(-B*x) - C*pow(x, -6.0);
  66 }
  67
  68 real dpot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  69 {
  70     return -(npow*cn*pow(x, -npow-1)-6*c6*pow(x, -7)+qq*ONE_4PI_EPS0/sqr(x));
  71 }
  72
  73 int gmx_sigeps(int argc, char *argv[])
  74 {
  75     const char   *desc[] = {
  76         "[TT]g_sigeps[tt] is a simple utility that converts C6/C12 or C6/Cn combinations",
  77         "to [GRK]sigma[grk] and [GRK]epsilon[grk], or vice versa. It can also plot the potential",
  78         "in  file. In addition, it makes an approximation of a Buckingham potential",
  79         "to a Lennard-Jones potential."
  80     };
  81     static real   c6   = 1.0e-3, cn = 1.0e-6, qi = 0, qj = 0, sig = 0.3, eps = 1, sigfac = 0.7;
  82     static real   Abh  = 1e5, Bbh = 32, Cbh = 1e-3;
  83     static int    npow = 12;
  84     t_pargs       pa[] = {
  85         { "-c6",   FALSE,  etREAL,  {&c6},  "C6"   },
  86         { "-cn",   FALSE,  etREAL,  {&cn},  "Constant for repulsion"   },
  87         { "-pow",  FALSE,  etINT,   {&npow}, "Power of the repulsion term" },
  88         { "-sig",  FALSE,  etREAL,  {&sig}, "[GRK]sigma[grk]"  },
  89         { "-eps",  FALSE,  etREAL,  {&eps}, "[GRK]epsilon[grk]"  },
  90         { "-A",    FALSE,  etREAL,  {&Abh}, "Buckingham A" },
  91         { "-B",    FALSE,  etREAL,  {&Bbh}, "Buckingham B" },
  92         { "-C",    FALSE,  etREAL,  {&Cbh}, "Buckingham C" },
  93         { "-qi",   FALSE,  etREAL,  {&qi},  "qi"   },
  94         { "-qj",   FALSE,  etREAL,  {&qj},  "qj"   },
  95         { "-sigfac", FALSE, etREAL, {&sigfac}, "Factor in front of [GRK]sigma[grk] for starting the plot" }
  96     };
  97     t_filenm      fnm[] = {
  98         { efXVG, "-o", "potje", ffWRITE }
  99     };
 100     output_env_t  oenv;
 101 #define NFILE asize(fnm)
 102     const char   *legend[] = { "Lennard-Jones", "Buckingham" };
 103     FILE         *fp;
 104     int           i;
 105     gmx_bool      bBham;
 106     real          qq, x, oldx, minimum, mval, dp[2], pp[2];
 107     int           cur = 0;
 108 #define next (1-cur)
 109
 110     parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW,
 111                       NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc),
 112                       desc, 0, NULL, &oenv);
 113
 114     bBham = (opt2parg_bSet("-A", asize(pa), pa) ||
 115              opt2parg_bSet("-B", asize(pa), pa) ||
 116              opt2parg_bSet("-C", asize(pa), pa));
 117
 118     if (bBham)
 119     {
 120         c6  = Cbh;
 121         sig = pow((6.0/npow)*pow(npow/Bbh, npow-6.0), 1.0/(npow-6.0));
 122         eps = c6/(4*pow(sig, 6.0));
 123         cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 124     }
 125     else
 126     {
 127         if (opt2parg_bSet("-sig", asize(pa), pa) ||
 128             opt2parg_bSet("-eps", asize(pa), pa))
 129         {
 130             c6  = 4*eps*pow(sig, 6);
 131             cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 132         }
 133         else if (opt2parg_bSet("-c6", asize(pa), pa) ||
 134                  opt2parg_bSet("-cn", asize(pa), pa) ||
 135                  opt2parg_bSet("-pow", asize(pa), pa))
 136         {
 137             sig = pow(cn/c6, 1.0/(npow-6.0));
 138             eps = 0.25*c6*pow(sig, -6.0);
 139         }
 140         else
 141         {
 142             sig = eps = 0;
 143         }
 144         printf("c6    = %12.5e, c%d    = %12.5e\n", c6, npow, cn);
 145         printf("sigma = %12.5f, epsilon = %12.5f\n", sig, eps);
 146
 147         minimum = pow(npow/6.0*pow(sig, npow-6.0), 1.0/(npow-6));
 148         printf("Van der Waals minimum at %g, V = %g\n\n",
 149                minimum, pot(minimum, 0, c6, cn, npow));
 150         printf("Fit of Lennard Jones (%d-6) to Buckingham:\n", npow);
 151         Bbh = npow/minimum;
 152         Cbh = c6;
 153         Abh = 4*eps*pow(sig/minimum, npow)*exp(npow);
 154         printf("A = %g, B = %g, C = %g\n", Abh, Bbh, Cbh);
 155     }
 156     qq = qi*qj;
 157
 158     fp = xvgropen(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "Potential", "r (nm)", "E (kJ/mol)",
 159                   oenv);
 160     xvgr_legend(fp, asize(legend), legend,
 161                 oenv);
 162     if (sig == 0)
 163     {
 164         sig = 0.25;
 165     }
 166     minimum = -1;
 167     mval    = 0;
 168     oldx    = 0;
 169     for (i = 0; (i < 100); i++)
 170     {
 171         x        = sigfac*sig+sig*i*0.02;
 172         dp[next] = dpot(x, qq, c6, cn, npow);
 173         fprintf(fp, "%10g  %10g  %10g\n", x, pot(x, qq, c6, cn, npow),
 174                 bhpot(x, qq, Abh, Bbh, Cbh));
 175         if (qq != 0)
 176         {
 177             if ((i > 0) && (dp[cur]*dp[next] < 0))
 178             {
 179                 minimum = oldx + dp[cur]*(x-oldx)/(dp[cur]-dp[next]);
 180                 mval    = pot(minimum, qq, c6, cn, npow);
 181                 printf("Van der Waals + Coulomb minimum at r = %g (nm). Value = %g (kJ/mol)\n",
 182                        minimum, mval);
 183             }
 184         }
 185         cur  = next;
 186         oldx = x;
 187
 188     }
 189     ffclose(fp);
 190
 191     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), NULL);
 192
 193     thanx(stderr);
 194
 195     return 0;
 196 }