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dynamics/examples/case06
admin e62e536cee feat: 真蛙跳法重构(Python/C/C++/Fortran 四引擎统一)
- 新增 compute_accel_conservative / accel_conservative:
  保守力加速度(弹簧+重力+原子间引力),不含阻尼,供蛙跳专用
- 重写 leapfrog_step / leapfrog_full:
  - 无阻尼:纯辛积分器,每步 1 次力计算(原 Velocity-Verlet 需 2 次)
  - 有阻尼:半隐式处理 v(t+dt/2)=[v(t-dt/2)*(1-α)+a_c*dt]/(1+α),无条件稳定
- 主循环加初始化反向半步 v(-dt/2)=v(0)-0.5*a_c(0)*dt
- 修复 C/C++ number of frames 字段写采样帧数而非总积分步数的 bug
- Python 引擎:新增 display.npz 二进制格式,draw.py/plot_wave.py 优先读取
- 编译参数统一为 -O3 -march=native -ffast-math
2026-06-12 18:36:37 +08:00
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case06: 一维原子链横波模拟

60 个原子沿 x 轴排列,相邻原子用弹簧连接。原子 1 受 z 方向驱动力作用,产生沿链传播的横波。

物理设定

参数
原子数 120
排列 沿 x 轴等间距排列,间距为 1
约束 原子沿 z 方向自由振动fix_x=1, fix_y=1, fix_z=0),x, y 锁定
弹簧 劲度系数 k=1.0,原长 L₀=1.0
重力
万有引力
阻尼
驱动力 原子 1z 方向驱动)
算法 leapfrog(蛙跳法,能量守恒)

驱动力

原子 1 的位置由 input/driver.txt 中的驱动力公式决定:

z(t) = A_z \cdot \cos(2\pi f_z t + \phi_z)

当前参数:A_z = 0.5, f_z = 0.1 Hz, φ_z = 90°, period = all(全程驱动)。

动力学行为

原子 1 沿 z 方向的受迫振动通过弹簧逐次传递给相邻原子,形成沿链传播的横波。由于 z 方向的振动是横向的,弹簧大部分张力在 x 方向,z 方向的有效刚度是非线性的——等效于一个三次方恢复力(FPU 型非线性),因此波速较慢。

使用方法

cd examples/case06
python run_dynamics.py

配置参数详见 input/input.txt,驱动力定义见 input/driver.txt,完整文档见 doc/index.html