src/tools/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 #include "gmx_ana.h"
  58
  59 real pot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  60 {
  61     return cn*pow(x, -npow)-c6*pow(x, -6)+qq*ONE_4PI_EPS0/x;
  62 }
  63
  64 real bhpot(real x, real qq, real A, real B, real C)
  65 {
  66     return A*exp(-B*x) - C*pow(x, -6.0);
  67 }
  68
  69 real dpot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  70 {
  71     return -(npow*cn*pow(x, -npow-1)-6*c6*pow(x, -7)+qq*ONE_4PI_EPS0/sqr(x));
  72 }
  73
  74 int gmx_sigeps(int argc, char *argv[])
  75 {
  76     const char   *desc[] = {
  77         "[TT]g_sigeps[tt] is a simple utility that converts C6/C12 or C6/Cn combinations",
  78         "to [GRK]sigma[grk] and [GRK]epsilon[grk], or vice versa. It can also plot the potential",
  79         "in  file. In addition, it makes an approximation of a Buckingham potential",
  80         "to a Lennard-Jones potential."
  81     };
  82     static real   c6   = 1.0e-3, cn = 1.0e-6, qi = 0, qj = 0, sig = 0.3, eps = 1, sigfac = 0.7;
  83     static real   Abh  = 1e5, Bbh = 32, Cbh = 1e-3;
  84     static int    npow = 12;
  85     t_pargs       pa[] = {
  86         { "-c6",   FALSE,  etREAL,  {&c6},  "C6"   },
  87         { "-cn",   FALSE,  etREAL,  {&cn},  "Constant for repulsion"   },
  88         { "-pow",  FALSE,  etINT,   {&npow}, "Power of the repulsion term" },
  89         { "-sig",  FALSE,  etREAL,  {&sig}, "[GRK]sigma[grk]"  },
  90         { "-eps",  FALSE,  etREAL,  {&eps}, "[GRK]epsilon[grk]"  },
  91         { "-A",    FALSE,  etREAL,  {&Abh}, "Buckingham A" },
  92         { "-B",    FALSE,  etREAL,  {&Bbh}, "Buckingham B" },
  93         { "-C",    FALSE,  etREAL,  {&Cbh}, "Buckingham C" },
  94         { "-qi",   FALSE,  etREAL,  {&qi},  "qi"   },
  95         { "-qj",   FALSE,  etREAL,  {&qj},  "qj"   },
  96         { "-sigfac", FALSE, etREAL, {&sigfac}, "Factor in front of [GRK]sigma[grk] for starting the plot" }
  97     };
  98     t_filenm      fnm[] = {
  99         { efXVG, "-o", "potje", ffWRITE }
 100     };
 101     output_env_t  oenv;
 102 #define NFILE asize(fnm)
 103     const char   *legend[] = { "Lennard-Jones", "Buckingham" };
 104     FILE         *fp;
 105     int           i;
 106     gmx_bool      bBham;
 107     real          qq, x, oldx, minimum, mval, dp[2], pp[2];
 108     int           cur = 0;
 109 #define next (1-cur)
 110
 111     /* CopyRight(stdout,argv[0]);*/
 112     parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW,
 113                       NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc),
 114                       desc, 0, NULL, &oenv);
 115
 116     bBham = (opt2parg_bSet("-A", asize(pa), pa) ||
 117              opt2parg_bSet("-B", asize(pa), pa) ||
 118              opt2parg_bSet("-C", asize(pa), pa));
 119
 120     if (bBham)
 121     {
 122         c6  = Cbh;
 123         sig = pow((6.0/npow)*pow(npow/Bbh, npow-6.0), 1.0/(npow-6.0));
 124         eps = c6/(4*pow(sig, 6.0));
 125         cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 126     }
 127     else
 128     {
 129         if (opt2parg_bSet("-sig", asize(pa), pa) ||
 130             opt2parg_bSet("-eps", asize(pa), pa))
 131         {
 132             c6  = 4*eps*pow(sig, 6);
 133             cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 134         }
 135         else if (opt2parg_bSet("-c6", asize(pa), pa) ||
 136                  opt2parg_bSet("-cn", asize(pa), pa) ||
 137                  opt2parg_bSet("-pow", asize(pa), pa))
 138         {
 139             sig = pow(cn/c6, 1.0/(npow-6.0));
 140             eps = 0.25*c6*pow(sig, -6.0);
 141         }
 142         else
 143         {
 144             sig = eps = 0;
 145         }
 146         printf("c6    = %12.5e, c%d    = %12.5e\n", c6, npow, cn);
 147         printf("sigma = %12.5f, epsilon = %12.5f\n", sig, eps);
 148
 149         minimum = pow(npow/6.0*pow(sig, npow-6.0), 1.0/(npow-6));
 150         printf("Van der Waals minimum at %g, V = %g\n\n",
 151                minimum, pot(minimum, 0, c6, cn, npow));
 152         printf("Fit of Lennard Jones (%d-6) to Buckingham:\n", npow);
 153         Bbh = npow/minimum;
 154         Cbh = c6;
 155         Abh = 4*eps*pow(sig/minimum, npow)*exp(npow);
 156         printf("A = %g, B = %g, C = %g\n", Abh, Bbh, Cbh);
 157     }
 158     qq = qi*qj;
 159
 160     fp = xvgropen(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "Potential", "r (nm)", "E (kJ/mol)",
 161                   oenv);
 162     xvgr_legend(fp, asize(legend), legend,
 163                 oenv);
 164     if (sig == 0)
 165     {
 166         sig = 0.25;
 167     }
 168     minimum = -1;
 169     mval    = 0;
 170     oldx    = 0;
 171     for (i = 0; (i < 100); i++)
 172     {
 173         x        = sigfac*sig+sig*i*0.02;
 174         dp[next] = dpot(x, qq, c6, cn, npow);
 175         fprintf(fp, "%10g  %10g  %10g\n", x, pot(x, qq, c6, cn, npow),
 176                 bhpot(x, qq, Abh, Bbh, Cbh));
 177         if (qq != 0)
 178         {
 179             if ((i > 0) && (dp[cur]*dp[next] < 0))
 180             {
 181                 minimum = oldx + dp[cur]*(x-oldx)/(dp[cur]-dp[next]);
 182                 mval    = pot(minimum, qq, c6, cn, npow);
 183                 printf("Van der Waals + Coulomb minimum at r = %g (nm). Value = %g (kJ/mol)\n",
 184                        minimum, mval);
 185             }
 186         }
 187         cur  = next;
 188         oldx = x;
 189
 190     }
 191     ffclose(fp);
 192
 193     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), NULL);
 194
 195     thanx(stderr);
 196
 197     return 0;
 198 }