目录

●第1章绪言(1)
1.1计算材料学的发展(1)
1.1.1计算机硬件的发展(1)
1.1.2计算方法的发展(4)
1.1.3计算材料学的研究尺度与方法(6)
1.2分子动力学方法的特点和优势(7)
1.2.1分子动力学方法的特点(7)
1.2.2分子动力学方法的重要性(9)
1.3分子动力学方法的主要应用领域(10)
1.3.1材料科学(10)
1.3.2生命科学(11)
1.3.3化学和化工(12)
1.4分子动力学方法的局限性和发展趋势(13)
1.4.1分子动力学方法的局限性(13)
1.4.2分子动力学方法的发展趋势(14)
第2章分子动力学方法的理论基础和框架(16)
2.1分子动力学方法的功能(16)
2.1.1多粒子体系的结构优化(16)
2.1.2多粒子体系的动力学演化(16)
2.2分子动力学方法的基本思想(17)
2.3分子动力学模拟流程及要素(18)
2.4初始条件(20)
2.5边界条件(22)
2.6系综理论基础(24)
2.6.1微观态与系综(24)
2.6.2各态历经假说(25)
2.7温度及压强控制方法(26)
2.7.1温度控制方法(26)
2.7.2压强控制方法(28)
第3章势函数与受力(30)
3.1势函数的思想及重要性(30)
3.2对势(31)
3.2.1LennardJones势(31)
3.2.2Buckingham势(32)
3.2.3Morse势(32)
3.2.4对势的局限性(33)
3.3三体势(35)
3.3.1StillingerWeber势(35)
3.3.2Tersoff势(35)
3.4多体势(36)
3.5反应力场势(39)
3.6机器学习势(41)
3.7原子受力计算技巧(44)
3.8原子间作用势数据库(46)
第4章积分及优化算法(49)
4.1多粒子体系的路径积分(49)
4.1.1Euler算法(50)
4.1.2Verlet算法(52)
4.1.3蛙跳算法(54)
4.1.4速度Verlet算法(56)
4.2多粒子体系优化算法(58)
4.2.1优化问题的提出(58)
4.2.2优化问题求解步骤(59)
4.2.3最速下降法(59)
4.2.4共轭梯度法(64)
4.2.5多粒子体系的结构优化(69)
第5章分子动力学模拟的Python程序实现(73)
5.1Python与科学计算(73)
5.1.1Python简介(73)
5.1.2Python环境搭建(73)
5.1.3Python语法规则(75)
5.1.4科学计算包NumPy和SciPy(83)
5.1.5Matplotlib作图(92)
5.2分子动力学程序框架(95)
5.3全局参数设定及初始化(96)
5.3.1基本参数设定(96)
5.3.2坐标与速度初始化(97)
5.4原子受力计算的Python实现(98)
5.4.1LJ势函数实现(98)
5.4.2截断半径的实现(99)
5.4.3原子受力的计算(100)
5.4.4周期性边界条件(101)
5.5系综控制(102)
5.6单步积分算法的实现(103)
5.7迭代主程序及输出(104)
5.8运行结果及可视化(105)
第6章LAMMPS软件及OVITO可视化(107)
6.1LAMMPS软件简介(107)
6.1.1在Linux系统中安装LAMMPS(107)
6.1.2输入脚本的语法和结构(109)
6.1.3命令行功能介绍(111)
6.1.4LAMMPS案例库(129)
6.2OVITO可视化软件介绍(131)
6.2.1OVITO的安装方法(131)
6.2.2OVITO界面介绍(132)
6.2.3OVITO的可视化功能(140)
6.2.4OVITO渲染选项(146)
第7章材料的物态及力学性质模拟(149)
7.1亚稳分域现象及其模拟(149)
7.1.1关键参数与输入脚本(149)
7.1.2可视化与结果分析(150)
7.1.3示例结论(151)
7.2Ar体系的物相分析(151)
7.2.1关键参数与输入脚本(152)
7.2.2可视化与结果分析(153)
7.2.3示例小结(155)
7.3Al平衡晶格常数计算(155)
7.3.1关键参数与输入脚本(155)
7.3.2可视化与结果分析(157)
7.3.3示例小结(159)
7.4Cu的体积模量计算(159)
7.4.1关键参数与输入脚本(161)
7.4.2可视化与结果分析(162)
7.4.3示例小结(163)
7.5Fe的弹性常数计算(164)
7.5.1关键参数与输入脚本(166)
7.5.2可视化与结果分析(168)
7.5.3示例小结(169)
7.6碳含量对钢的拉伸性能的影响(169)
7.6.1关键参数与输入脚本(170)
7.6.2可视化与结果分析(172)
7.6.3示例小结(173)
7.7石墨烯拉伸性能模拟(173)
7.7.1关键参数与输入脚本(174)
7.7.2可视化与结果分析(176)
7.7.3示例小结(177)
7.8碳纳米管的多米诺坍塌模拟(177)
7.8.1关键参数与输入脚本(177)
7.8.2可视化与结果分析(179)
7.8.3示例小结(180)
第8章材料的热力学性质模拟(181)
8.1Cu的比热容计算(181)
8.1.1关键参数与输入脚本(182)
8.1.2可视化与结果分析(183)
8.2Cu的熔点计算(185)
8.2.1关键参数与输入脚本(186)
8.2.2可视化与结果分析(188)
8.3Si纳米线的熔化(190)
8.3.1关键参数与输入脚本(191)
8.3.2可视化与结果分析(192)
8.4Pd纳米颗粒的熔化(193)
8.4.1关键参数与输入脚本(194)
8.4.2可视化与结果分析(195)
8.5铜镍合金纳米晶熔点(197)
8.5.1关键参数与输入脚本(197)
8.5.2可视化与结果分析(198)
第9章材料的缺陷及表面性质模拟(201)
9.1空位形成能计算(201)
9.2自间隙形成能计算(203)
9.3Kr的三相界面模拟(205)
9.3.1关键参数与输入脚本(205)
9.3.2可视化与结果分析(207)
9.4C原子在Si表面的原子沉积模拟(209)
9.4.1关键参数与输入脚本(209)
9.4.2可视化与结果分析(211)
9.5液态Cu在石墨烯表面的浸润性(214)
9.5.1关键参数与输入脚本(214)
9.5.2可视化与结果分析(216)
第10章材料的输运性质模拟(218)
10.1铜镍合金自扩散系数(218)
10.1.1关键参数与输入脚本(218)
10.1.2可视化与结果分析(220)
10.2H在金属间隙中的扩散系数(221)
10.2.1关键参数与输入脚本(221)
10.2.2可视化与结果分析(223)
10.2.3结论与展望(224)
10.3Si声子谱计算(224)
10.3.1关键参数与输入脚本(224)
10.3.3可视化与结果分析(229)
10.4石墨烯热导率的计算(230)
10.4.1关键参数与输入脚本(231)
10.4.2可视化与结果分析(233)
10.5W纳米线热导率计算(233)
10.5.1关键参数与输入脚本(234)
10.5.2可视化与结果分析(236)
参考文献(238)