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Northeastern University

计算材料学

Northeastern University via XuetangX

Overview

《计算材料学》是综合了材料、计算机等学科的新兴跨领域学科,利用计算机模拟材料的物理和化学等性质,研究材料从微观到宏观多个尺度的特征,预测材料的结构和性质,达到优化或设计材料的目的。

       本课程注重模拟方法的实现:1.采用Matlab编程创建面心立方、密排六方、位错、双晶粒等晶体结构,并实现晶体的3D可视化,编程创建LAMMPS模拟所需晶体结构;2. 编写并理解分子动力学基本原理的Matlab程序,通过LAMMPS分子动力学软件实现晶体结合能、空位形成能、表面能等基本材料参数的计算;3. 并理解有限元法基本原理的Matlab程序,使用ANSYS有限元软件模拟颗粒复合体材料拉伸过程中的力学响应。最后,针对镁合金细晶强化这一学术问题,尝试采用相场法模拟不同条件下晶粒长大过程结合真实显微组织力学模拟,提出了实现多晶组织优化设计的一套模拟方案。

       本课程也是旨在让学生们建立一个新的以理论模型和预测优先、实验验证在后的“文化”,转变现有的仅以经验和实验为主的材料研发的理念。


Syllabus

  • 第一章 计算材料学简介
    • 1.1 计算材料学的概念和发展
    • 1.2 计算材料学的时间、空间尺度及典型方法
  • 第二章 Matlab编程建立晶体结构
    • 2.1 Matlab编程简介
    • 2.2 Matlab编程建立简单晶体结构的方法
    • 2.3 Matlab编程建立晶体缺陷及复杂晶体结构的方法
  • 第三章 分子动力学法在计算材料学中的应用
    • 3.1 分子动力学法的简介
    • 3.2 分子动力学法的基本流程
    • 3.3 分子动力学基本思想的程序实现
    • 3.4 Lammps软件简介及应用
  • 第四章 有限元法在计算材料学中的实例
    • 4.1 有限元法的概述
    • 4.2 应用有限元法求解微分方程举例
    • 4.3 有限元法基本思想的Matlab程序实现(选讲)
    • 4.4 应用有限元软件模拟SiC/Al复合材料拉伸过程中的力学行为
  • 第五章 采用计算材料学方法优化设计颗粒复合体的实例
    • 5.1 颗粒复合体的强化理论
    • 5.2 Eshelby 模型简介和应用
    • 5.3 相场法简介和应用
    • 5.4 多晶组织的力学性能模拟
  • 第六章 材料数据库CES软件简介和应用
    • 6.1 CES软件简介和应用
  • 上机
    • 期末考试

      Taught by

      Jin Jianfeng and Guo Dan

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