计算机在材料科学与工程中的应用31PPT教案.pptx

文档介绍：会计学
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计算机在材料科学与工程中的应用31
实验有冲突选不上的，
联系李延波老师
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1. 材料计算模拟的层次及对应的方法；(了解)
2. 利用 Visualizer建立材料模拟中的各种物理模型-能建立晶体、表面、层结构、掺杂和高聚物图形模型；（重点）
3. 密度泛函理论及其在Castep模块中的实现；（难点， 了解）
-计算材料的晶格常数、能带、态密度、电荷密度等。（重点）
第三单元 第一性原理
主要知识点：
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一、材料计算模拟的层次及对应的方法
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计算材料学是沟通理论与实验、微观与宏观的桥梁。
一、计算材料学概述
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计算材料学是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与特征，并对于材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计新材料的目的。
定义
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计算模拟及设计在材料研究中的重要性
※ “科学计算已经是继理论科学、实验科学之后，人类认识与征服自然的第三种科学方法。”
－－原南开大学校长候自新
美国若干专业委员会（1989）
“现代理论和计算机的进步，使得材料科学与工程的性质正在发生变化。材料的计算机分析与模型化的进展，将使材料科学从定性描述逐渐进入定量描述阶段。”
——《90年代的材料科学与工程》
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材料研究中的尺度（时间和空间）
空间尺度
纳观 原子层次
微观 小于晶粒尺寸
介观 晶粒尺寸大小
宏观 宏观试样尺寸
时间尺度
振动频率
宏观时间尺度
二 材料计算模拟的层次及方法
空间尺度
时间尺度
（s）
纳观
10-16~10-12
微观
10-13~10-10
介观
10-10~10-6
宏观
>10-6
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空间尺度/m
模拟方法
典型应用
10-10-10-6
Metropolis MC
热力学、扩散及有序化系统
10-10-10-6
集团变分法
热力学系统
10-10-10-6
Ising模型
磁性系统
10-10-10-6
Bragg-Williams-Gorsky模型
热力学系统
10-10-10-6
分子场近似
热力学系统
10-10-10-6
分子动力学
晶格缺陷与动力学特征
10-12-10-8
从头计算分子动力学
晶格缺陷与动力学特征
计算方法与相应空间尺度(微观层次)
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空间尺度/m
模拟方法
典型应用
10-10-100
元胞自动机
再结晶、生长、相变、流体
10-7-10-2
弹簧模型
断裂力学
10-7-10-2
顶点模型、拓扑网络模型、晶界动力学
成核、结晶、疲劳
10-7-10-2
几何模型、拓扑模型、组分模型
结晶、生长、织构、凝固
10-9-10-4
位错动力学
塑性、微结构、位错分布
10-9-10-5
动力学金兹堡-朗道型相场模型
扩散、晶界、晶粒粗化
10-9-10-5
多态动力学波茨模型
结晶、生长、相变、织构
计算材料学方法与相应空间尺度(介观层次)
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