计算材料学

ISBN：978-7-5689-4809-8

作者：汤爱涛　 谭　 军　 张　 昂

字数(千)：452 页数：288 印次：1-1

开本：16开  平装

出版时间： 2024-09

定价：¥59

内容简介：

随着计算方法的持续发展和计算能力的持续提高，基于材料学基本原理的数值计算和模拟已经成为材料科学研究与工程应用领域的重要工具和手段。本书内容主要包括计算材料学数学基础、第一性原理计算、分子动力学、蒙特卡洛方法、有限元法、热力学和动力学计算、机器学习、集成计算材料工程等，并附有各种计 算和模拟方法在材料科学中的典型应用和代表性的例子。

本书可作为材料科学与工程专业本科生和研究生的教材，也可供相关领域科技工作者参考。

第 1章绪论

1.1计算材料学研究内容

1.2研究方法

1.2.1第一性原理方法

1.2.2分子动力学方法

1.2.3蒙特卡洛法

1.2.4有限元法

1.2.5材料热力学和动力学

1.2.6机器学习

1.2.7集成计算材料工程

1.3常用软件介绍

1.3.1Python

1.3.2MATLAB

1.3.3EMTOCPA

1.3.4LAMMPS

1.3.5VASP

1.3.6Materials Studio

1.3.7CP2K

1.3.8ThermoCalc

1.3.9Pandat

1.3.10MICRESS

1.3.11Talemu

1.3.12COMSOL

1.3.13ANSYS

1.3.14FLUENT

思考题

参考文献




第 2章计算材料学数学基础

2.1数据处理基础

2.1.1误差

2.1.2曲线拟合与最小二乘法

2.2数学模型

2.2.1理论分析法

2.2.2模拟方法

2.2.3类比分析法

2.2.4数据分析法

2.2.5利用计算机软件建立数学模型

2.3数值计算方法

2.3.1迭代法计算线性方程组

2.3.2有限差分法

2.3.3有限元法

2.4概率论与统计学

2.4.1蒙特卡洛方法的基本思想

2.4.2随机数

思考题

参考文献





第 3章第一性原理计算

3.1第一性原理理论基础

3.1.1量子力学基础

3.1.2多体系统的Schrdinger方程

3.1.3BornOppenheimer绝热近似

3.1.4HartreeFock方法

3.1.5密度泛函理论

3.2电子结构计算方法及实现

3.2.1电子结构计算方法

3.2.2VASP计算流程简介

3.2.3EMTO计算方法简介

3.3材料性能的第一性原理计算

3.3.1状态方程

3.3.2弹性常数

3.3.3层错能

3.4材料性能计算实践

3.4.1纯金属的计算

3.4.2计算MgZnCa多元合金体系

3.4.3广义层错能曲线

思考题

参考文献





第 4章分子动力学计算

4.1分子动力学计算理论基础

4.1.1计算原理

4.1.2势函数

4.2分子动力学软件及实现

4.2.1分子动力学软件

4.2.2LAMMPS模拟基本流程

4.3材料结构与性能的分子动力学计算

4.3.1LAMMPS计算平衡晶格常数、结合能、空位形成能和单轴拉伸

4.3.2Materials Studio对水化硅酸钙（CSH）凝胶分子动力学模拟分析

思考题

参考文献





第 5章蒙特卡洛方法

5.1蒙特卡洛方法发展和基本原理

5.1.1蒙特卡洛方法发展概要

5.1.2蒙特卡洛方法基本原理

5.2随机数产生和抽样

5.2.1随机数产生和检验

5.2.2概率分布抽样方法

5.3常用蒙特卡洛方法

5.3.1估计值蒙特卡洛方法

5.3.2直接模拟方法

5.3.3降低方差提高效率方法

5.3.4最优化蒙特卡洛方法

5.3.5动力学蒙特卡洛方法

5.3.6Metropolis方法

5.4蒙特卡洛应用举例

5.4.1利用蒙特卡洛方法求圆周率

5.4.2利用蒙特卡洛方法计算定积分

5.4.3利用蒙特卡洛方法画出圆晶粒及晶界

思考题

参考文献





第 6章有限元方法

6.1有限元方法理论基础

6.1.1变分原理

6.1.2单元与离散化模型

6.2有限元方法常用软件

6.2.1通用软件及工具箱

6.2.2专用软件

6.3有限元应用举例

6.3.1AZ31镁合金异步轧制有限元模拟分析

6.3.2AZ91D镁合金构件铸造有限元模拟

6.3.3搅拌摩擦焊接镁合金横向拉伸不均匀变形模拟

6.3.4AM60镁合金高压铸造有限元模拟

6.3.5含孔洞AM60镁合金压铸样品不均匀变形模拟

思考题

参考文献





第 7章热力学和动力学计算

7.1热力学计算原理

7.2相图计算

7.2.1相图计算方法简介

7.2.2相图数据库与计算软件简介

7.2.3相图计算举例

7.3动力学计算

7.3.1动力学计算方法简介

7.3.2动力学计算软件简介

7.4热力学和动力学计算实践举例

7.4.1体积分数

7.4.2相变T0边界

7.4.3AlCu合金的析出动力学演变

7.4.4材料设计及热处理工艺优化

7.4.5相场模拟实例

7.4.6水泥中石灰石粉掺量对水化产物形成的影响规律

思考题

参考文献





第 8章机器学习

8.1机器学习基础理论

8.1.1机器学习概念

8.1.2机器学习任务、方法和算法

8.1.3机器学习基本过程

8.2机器学习常用算法基本原理

8.2.1k近邻算法

8.2.2贝叶斯算法

8.2.3支持向量机

8.2.4决策树

8.2.5集成算法

8.2.6人工神经网络

8.3应用实践举例

8.3.1基于决策树的再结晶预测模型

8.3.2基于BP网络的镁合金晶粒尺寸预测模型构建

8.3.3自修复混凝土的自修复效果预测

8.3.4基于卷积神经网络的镁合金微观组织识别

思考题

参考文献





第 9章集成计算材料工程

9.1集成计算材料工程历史与任务

9.1.1集成计算材料工程起源

9.1.2集成计算材料工程核心任务

9.2集成计算材料工程主要方法

9.2.1多尺度建模方法

9.2.2全过程设计方法

9.2.3数据驱动方法

9.3集成计算材料工程应用举例

9.3.1集成计算材料工程在航空航天汽车领域的应用概述

9.3.2集成计算材料工程在能源领域的应用概述

9.3.3基于集成计算材料工程的多目标性能合金的研发

9.3.4基于集成计算材料工程的复杂颗粒系统的结构优化

思考题

参考文献