src/gromacs/gmxana/gmx_sigeps.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
   6  * check out http://www.gromacs.org for more information.
   7  * Copyright (c) 2012, by the GROMACS development team, led by
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   9  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
  10  * directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  39 #include <config.h>
  40 #endif
  41
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <math.h>
  44 #include "typedefs.h"
  45 #include "statutil.h"
  46 #include "gmx_fatal.h"
  47 #include "xvgr.h"
  48 #include "pdbio.h"
  49 #include "macros.h"
  50 #include "smalloc.h"
  51 #include "vec.h"
  52 #include "pbc.h"
  53 #include "physics.h"
  54 #include "names.h"
  55 #include "txtdump.h"
  56 #include "trnio.h"
  57 #include "symtab.h"
  58 #include "confio.h"
  59
  60 real pot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  61 {
  62     return cn*pow(x, -npow)-c6*pow(x, -6)+qq*ONE_4PI_EPS0/x;
  63 }
  64
  65 real bhpot(real x, real A, real B, real C)
  66 {
  67     return A*exp(-B*x) - C*pow(x, -6.0);
  68 }
  69
  70 real dpot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  71 {
  72     return -(npow*cn*pow(x, -npow-1)-6*c6*pow(x, -7)+qq*ONE_4PI_EPS0/sqr(x));
  73 }
  74
  75 int gmx_sigeps(int argc, char *argv[])
  76 {
  77     const char   *desc[] = {
  78         "[TT]g_sigeps[tt] is a simple utility that converts C6/C12 or C6/Cn combinations",
  79         "to [GRK]sigma[grk] and [GRK]epsilon[grk], or vice versa. It can also plot the potential",
  80         "in  file. In addition, it makes an approximation of a Buckingham potential",
  81         "to a Lennard-Jones potential."
  82     };
  83     static real   c6   = 1.0e-3, cn = 1.0e-6, qi = 0, qj = 0, sig = 0.3, eps = 1, sigfac = 0.7;
  84     static real   Abh  = 1e5, Bbh = 32, Cbh = 1e-3;
  85     static int    npow = 12;
  86     t_pargs       pa[] = {
  87         { "-c6",   FALSE,  etREAL,  {&c6},  "C6"   },
  88         { "-cn",   FALSE,  etREAL,  {&cn},  "Constant for repulsion"   },
  89         { "-pow",  FALSE,  etINT,   {&npow}, "Power of the repulsion term" },
  90         { "-sig",  FALSE,  etREAL,  {&sig}, "[GRK]sigma[grk]"  },
  91         { "-eps",  FALSE,  etREAL,  {&eps}, "[GRK]epsilon[grk]"  },
  92         { "-A",    FALSE,  etREAL,  {&Abh}, "Buckingham A" },
  93         { "-B",    FALSE,  etREAL,  {&Bbh}, "Buckingham B" },
  94         { "-C",    FALSE,  etREAL,  {&Cbh}, "Buckingham C" },
  95         { "-qi",   FALSE,  etREAL,  {&qi},  "qi"   },
  96         { "-qj",   FALSE,  etREAL,  {&qj},  "qj"   },
  97         { "-sigfac", FALSE, etREAL, {&sigfac}, "Factor in front of [GRK]sigma[grk] for starting the plot" }
  98     };
  99     t_filenm      fnm[] = {
 100         { efXVG, "-o", "potje", ffWRITE }
 101     };
 102     output_env_t  oenv;
 103 #define NFILE asize(fnm)
 104     const char   *legend[] = { "Lennard-Jones", "Buckingham" };
 105     FILE         *fp;
 106     int           i;
 107     gmx_bool      bBham;
 108     real          qq, x, oldx, minimum, mval, dp[2], pp[2];
 109     int           cur = 0;
 110 #define next (1-cur)
 111
 112     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW,
 113                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc),
 114                            desc, 0, NULL, &oenv))
 115     {
 116         return 0;
 117     }
 118
 119     bBham = (opt2parg_bSet("-A", asize(pa), pa) ||
 120              opt2parg_bSet("-B", asize(pa), pa) ||
 121              opt2parg_bSet("-C", asize(pa), pa));
 122
 123     if (bBham)
 124     {
 125         c6  = Cbh;
 126         sig = pow((6.0/npow)*pow(npow/Bbh, npow-6.0), 1.0/(npow-6.0));
 127         eps = c6/(4*pow(sig, 6.0));
 128         cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 129     }
 130     else
 131     {
 132         if (opt2parg_bSet("-sig", asize(pa), pa) ||
 133             opt2parg_bSet("-eps", asize(pa), pa))
 134         {
 135             c6  = 4*eps*pow(sig, 6);
 136             cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 137         }
 138         else if (opt2parg_bSet("-c6", asize(pa), pa) ||
 139                  opt2parg_bSet("-cn", asize(pa), pa) ||
 140                  opt2parg_bSet("-pow", asize(pa), pa))
 141         {
 142             sig = pow(cn/c6, 1.0/(npow-6.0));
 143             eps = 0.25*c6*pow(sig, -6.0);
 144         }
 145         else
 146         {
 147             sig = eps = 0;
 148         }
 149         printf("c6    = %12.5e, c%d    = %12.5e\n", c6, npow, cn);
 150         printf("sigma = %12.5f, epsilon = %12.5f\n", sig, eps);
 151
 152         minimum = pow(npow/6.0*pow(sig, npow-6.0), 1.0/(npow-6));
 153         printf("Van der Waals minimum at %g, V = %g\n\n",
 154                minimum, pot(minimum, 0, c6, cn, npow));
 155         printf("Fit of Lennard Jones (%d-6) to Buckingham:\n", npow);
 156         Bbh = npow/minimum;
 157         Cbh = c6;
 158         Abh = 4*eps*pow(sig/minimum, npow)*exp(npow);
 159         printf("A = %g, B = %g, C = %g\n", Abh, Bbh, Cbh);
 160     }
 161     qq = qi*qj;
 162
 163     fp = xvgropen(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "Potential", "r (nm)", "E (kJ/mol)",
 164                   oenv);
 165     xvgr_legend(fp, asize(legend), legend,
 166                 oenv);
 167     if (sig == 0)
 168     {
 169         sig = 0.25;
 170     }
 171     minimum = -1;
 172     mval    = 0;
 173     oldx    = 0;
 174     for (i = 0; (i < 100); i++)
 175     {
 176         x        = sigfac*sig+sig*i*0.02;
 177         dp[next] = dpot(x, qq, c6, cn, npow);
 178         fprintf(fp, "%10g  %10g  %10g\n", x, pot(x, qq, c6, cn, npow),
 179                 bhpot(x, Abh, Bbh, Cbh));
 180         if (qq != 0)
 181         {
 182             if ((i > 0) && (dp[cur]*dp[next] < 0))
 183             {
 184                 minimum = oldx + dp[cur]*(x-oldx)/(dp[cur]-dp[next]);
 185                 mval    = pot(minimum, qq, c6, cn, npow);
 186                 printf("Van der Waals + Coulomb minimum at r = %g (nm). Value = %g (kJ/mol)\n",
 187                        minimum, mval);
 188             }
 189         }
 190         cur  = next;
 191         oldx = x;
 192
 193     }
 194     ffclose(fp);
 195
 196     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), NULL);
 197
 198     return 0;
 199 }