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  * Copyright (c) 2012,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include <math.h>
  40 #include <stdio.h>
  41
  42 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  43 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  44 #include "gromacs/fileio/xvgr.h"
  45 #include "gromacs/legacyheaders/viewit.h"
  46 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  47 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  48 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  49 #include "gromacs/math/vec.h"
  50 #include "gromacs/math/units.h"
  51 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  52 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  53 #include "gromacs/fileio/trnio.h"
  54 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  55
  56 real pot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  57 {
  58     return cn*pow(x, -npow)-c6*pow(x, -6)+qq*ONE_4PI_EPS0/x;
  59 }
  60
  61 real bhpot(real x, real A, real B, real C)
  62 {
  63     return A*exp(-B*x) - C*pow(x, -6.0);
  64 }
  65
  66 real dpot(real x, real qq, real c6, real cn, int npow)
  67 {
  68     return -(npow*cn*pow(x, -npow-1)-6*c6*pow(x, -7)+qq*ONE_4PI_EPS0/sqr(x));
  69 }
  70
  71 int gmx_sigeps(int argc, char *argv[])
  72 {
  73     const char   *desc[] = {
  74         "[THISMODULE] is a simple utility that converts C6/C12 or C6/Cn combinations",
  75         "to [GRK]sigma[grk] and [GRK]epsilon[grk], or vice versa. It can also plot the potential",
  76         "in  file. In addition, it makes an approximation of a Buckingham potential",
  77         "to a Lennard-Jones potential."
  78     };
  79     static real   c6   = 1.0e-3, cn = 1.0e-6, qi = 0, qj = 0, sig = 0.3, eps = 1, sigfac = 0.7;
  80     static real   Abh  = 1e5, Bbh = 32, Cbh = 1e-3;
  81     static int    npow = 12;
  82     t_pargs       pa[] = {
  83         { "-c6",   FALSE,  etREAL,  {&c6},  "C6"   },
  84         { "-cn",   FALSE,  etREAL,  {&cn},  "Constant for repulsion"   },
  85         { "-pow",  FALSE,  etINT,   {&npow}, "Power of the repulsion term" },
  86         { "-sig",  FALSE,  etREAL,  {&sig}, "[GRK]sigma[grk]"  },
  87         { "-eps",  FALSE,  etREAL,  {&eps}, "[GRK]epsilon[grk]"  },
  88         { "-A",    FALSE,  etREAL,  {&Abh}, "Buckingham A" },
  89         { "-B",    FALSE,  etREAL,  {&Bbh}, "Buckingham B" },
  90         { "-C",    FALSE,  etREAL,  {&Cbh}, "Buckingham C" },
  91         { "-qi",   FALSE,  etREAL,  {&qi},  "qi"   },
  92         { "-qj",   FALSE,  etREAL,  {&qj},  "qj"   },
  93         { "-sigfac", FALSE, etREAL, {&sigfac}, "Factor in front of [GRK]sigma[grk] for starting the plot" }
  94     };
  95     t_filenm      fnm[] = {
  96         { efXVG, "-o", "potje", ffWRITE }
  97     };
  98     output_env_t  oenv;
  99 #define NFILE asize(fnm)
 100     const char   *legend[] = { "Lennard-Jones", "Buckingham" };
 101     FILE         *fp;
 102     int           i;
 103     gmx_bool      bBham;
 104     real          qq, x, oldx, minimum, mval, dp[2], pp[2];
 105     int           cur = 0;
 106 #define next (1-cur)
 107
 108     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW,
 109                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc),
 110                            desc, 0, NULL, &oenv))
 111     {
 112         return 0;
 113     }
 114
 115     bBham = (opt2parg_bSet("-A", asize(pa), pa) ||
 116              opt2parg_bSet("-B", asize(pa), pa) ||
 117              opt2parg_bSet("-C", asize(pa), pa));
 118
 119     if (bBham)
 120     {
 121         c6  = Cbh;
 122         sig = pow((6.0/npow)*pow(npow/Bbh, npow-6.0), 1.0/(npow-6.0));
 123         eps = c6/(4*pow(sig, 6.0));
 124         cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 125     }
 126     else
 127     {
 128         if (opt2parg_bSet("-sig", asize(pa), pa) ||
 129             opt2parg_bSet("-eps", asize(pa), pa))
 130         {
 131             c6  = 4*eps*pow(sig, 6);
 132             cn  = 4*eps*pow(sig, npow);
 133         }
 134         else if (opt2parg_bSet("-c6", asize(pa), pa) ||
 135                  opt2parg_bSet("-cn", asize(pa), pa) ||
 136                  opt2parg_bSet("-pow", asize(pa), pa))
 137         {
 138             sig = pow(cn/c6, 1.0/(npow-6.0));
 139             eps = 0.25*c6*pow(sig, -6.0);
 140         }
 141         else
 142         {
 143             sig = eps = 0;
 144         }
 145         printf("c6    = %12.5e, c%d    = %12.5e\n", c6, npow, cn);
 146         printf("sigma = %12.5f, epsilon = %12.5f\n", sig, eps);
 147
 148         minimum = pow(npow/6.0*pow(sig, npow-6.0), 1.0/(npow-6));
 149         printf("Van der Waals minimum at %g, V = %g\n\n",
 150                minimum, pot(minimum, 0, c6, cn, npow));
 151         printf("Fit of Lennard Jones (%d-6) to Buckingham:\n", npow);
 152         Bbh = npow/minimum;
 153         Cbh = c6;
 154         Abh = 4*eps*pow(sig/minimum, npow)*exp(npow);
 155         printf("A = %g, B = %g, C = %g\n", Abh, Bbh, Cbh);
 156     }
 157     qq = qi*qj;
 158
 159     fp = xvgropen(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "Potential", "r (nm)", "E (kJ/mol)",
 160                   oenv);
 161     xvgr_legend(fp, asize(legend), legend,
 162                 oenv);
 163     if (sig == 0)
 164     {
 165         sig = 0.25;
 166     }
 167     minimum = -1;
 168     mval    = 0;
 169     oldx    = 0;
 170     for (i = 0; (i < 100); i++)
 171     {
 172         x        = sigfac*sig+sig*i*0.02;
 173         dp[next] = dpot(x, qq, c6, cn, npow);
 174         fprintf(fp, "%10g  %10g  %10g\n", x, pot(x, qq, c6, cn, npow),
 175                 bhpot(x, Abh, Bbh, Cbh));
 176         if (qq != 0)
 177         {
 178             if ((i > 0) && (dp[cur]*dp[next] < 0))
 179             {
 180                 minimum = oldx + dp[cur]*(x-oldx)/(dp[cur]-dp[next]);
 181                 mval    = pot(minimum, qq, c6, cn, npow);
 182                 printf("Van der Waals + Coulomb minimum at r = %g (nm). Value = %g (kJ/mol)\n",
 183                        minimum, mval);
 184             }
 185         }
 186         cur  = next;
 187         oldx = x;
 188
 189     }
 190     gmx_ffclose(fp);
 191
 192     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), NULL);
 193
 194     return 0;
 195 }