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計算材料學(材料科學與工程專業本科系列教材)

  • 作者：編者:湯愛濤//譚軍//張昂|責編:文鵬
  • 出版社：重慶大學
  • ISBN：9787568948098
  • 出版日期：2024/09/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：274
人民幣：RMB 59 元      售價：元
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內容大鋼
    隨著計算方法的持續發展和計算能力的持續提高，基於材料學基本原理的數值計算和模擬已經成為材料科學研究與工程應用領域的重要工具和手段。本書內容主要包括計算材料學數學基礎、第一性原理計算、分子動力學、蒙特卡羅方法、有限元法、熱力學和動力學計算、機器學習、集成計算材料工程等，並附有各種計算和模擬方法在材料科學中的典型應用和代表性的例子。
    本書可作為材料學科本科生和研究生的教材，也可供相關領域科技工作者參考。
作者介紹
編者:湯愛濤//譚軍//張昂|責編:文鵬
目錄
第1章  緒論
  1.1  計算材料學研究內容
  1.2  研究方法
    1.2.1  第一性原理方法
    1.2.2  分子動力學方法
    1.2.3  蒙特卡洛法
    1.2.4  有限元法
    1.2.5  材料熱力學和動力學
    1.2.6  機器學習
    1.2.7  集成計算材料工程
  1.3  常用軟體介紹
    1.3.1  Python
    1.3.2  MATLAB
    1.3.3  EMTO-CPA
    1.3.4  LAMMPS
    1.3.5  VASP
    1.3.6  Materials Studio
    1.3.7  CP2K
    1.3.8  Thermo-Calc
    1.3.9  Pandat
    1.3.10  MICRESS
    1.3.11  Falemu
    1.3.12  COMSO
    1.3.13  ANSYS
    1.3.14  FLUENT
  思考題
  參考文獻
第2章  計算材料學數學基礎
  2.1  數據處理基礎
    2.1.1  誤差
    2.1.2  曲線擬合與最小二乘法
  2.2  數學模型
    2.2.1  理論分析法
    2.2.2  模擬方法
    2.2.3  類比分析法
    2.2.4  數據分析法
    2.2.5  利用電腦軟體建立數學模型
  2.3  數值計算方法
    2.3.1  迭代法計算線性方程組
    2.3.2  有限差分法
    2.3.3  有限元法
  2.4  概率論與統計學
    2.4.1  蒙特卡洛方法的基本思想
    2.4.2  隨機數
  思考題
  參考文獻
第3章  第一性原理計算
  3.1  第一性原理理論基礎
    3.1.1  量子力學基礎
    3.1.2  多體系統的Schrfidinger方程

    3.1.3  Born-Oppenheimer絕熱近似
    3.1.4  Hartree-Fock方法
    3.1.5  密度泛函理論
  3.2  電子結構計算方法及實現
    3.2.1  電子結構計算方法
    3.2.2  VASP計算流程簡介
    3.2.3  EMTO計算方法簡介
  3.3  材料性能的第一性原理計算
    3.3.1  狀態方程
    3.3.2  彈性常數
    3.3.3  層錯能
  3.4  材料性能計算實踐
    3.4.1  純金屬的計算
    3.4.2  計算Mg-Zn-ca多元合金體系
    3.4.3  義層錯能曲線  思考題
  參考文獻
第4章  分子動力學計算
  4.1  分子動力學計算理論基礎
    4.1.1  計算原理
    4.1.2  勢函數
  4.2  分子動力學軟體及實現
    4.2.1  分子動力學軟體
    4.2.2  LAMMPS模擬基本流程
  4.3  材料結構與性能的分子動力學計算
    4.3.1  LAMMPS計算平衡晶格常數、結合能、空位形成能和單軸拉伸
    4.3.2  Materials Studio對水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠分子動力學模擬分析
  思考題
  參考文獻
第5章  蒙特卡洛方法
  5.1  蒙特卡洛方法發展和基本原理
    5.1.1  蒙特卡洛方法發展概要
    5.1.2  蒙特卡洛方法基本原理
  5.2  隨機數產生和抽樣
    5.2.1  隨機數產生和檢驗
    5.2.2  概率分佈抽樣方法
  5.3  常用蒙特卡洛方法
    5.3.1  估計值蒙特卡洛方法
    5.3.2  直接模擬方法
    5.3.3  降低方差提高效率方法
    5.3.4  最優化蒙特卡洛方法
    5.3.5  動力學蒙特卡洛方法
    5.3.6  Metropolis方法
  5.4  蒙特卡洛應用舉例
    5.4.1  利用蒙特卡洛方法求圓周率
    5.4.2  利用蒙特卡洛方法計算定積分
    5.4.3  利用蒙特卡洛方法畫出圓晶粒及晶界
  思考題
  參考文獻
第6章  有限元方法
  6.1  有限元方法理論基礎

    6.1.2  單元與離散化模型
  6.2  有限元方法常用軟體
    6.2.1  通用軟體及工具箱
    6.2.2  專用軟體
  6.3  有限元應用舉例
  6.3  .l AZ31鎂合金非同步軋制有限元模擬分析
    6.3.2  AZ91D鎂合金構件鑄造有限元模擬
    6.3.3  攪拌摩擦焊接鎂合金橫向拉伸不均勻變形模擬
    6.3.4  AM60鎂合金高壓鑄造有限元模擬
    6.3.5  含孑L洞AM60鎂合金壓鑄樣品不均勻變形模擬
  思考題
  參考文獻
第7章  熱力學和動力學計算
  7.1  熱力學計算原理
  7.2  相圖計算
    7.2.1  相圖計算方法簡介
    7.2.2  相圖資料庫與計算軟體簡介
    7.2.3  相圖計算舉例
  7.3  動力學計算
    7.3.1  動力學計算方法簡介
    7.3.2  動力學計算軟體簡介
  7.4  熱力學和動力學計算實踐舉例
    7.4.1  體積分數
    7.4.2  相變To邊界
    7.4.3  Al-Cu合金的析出動力學演變
    7.4.4  材料設計及熱處理工藝優化
    7.4.5  相場模擬實例
    7.4.6  水泥中石灰石粉摻量對水化產物形成的影響規律
  思考題
  參考文獻
第8章  機器學習
  8.1  機器學習基礎理論
    8.1.1  機器學習概念
    8.1.2  機器學習任務、方法和演算法
    8.1.3  機器學習基本過程
  8.2  機器學習常用演算法基本原理
    8.2.1  k.近鄰演算法
    8.2.2  貝葉斯演算法
    8.2.3  支持向量機
    8.2.4  決策樹
    8.2.5  集成演算法
    8.2.6  人工神經網路
  8.3  應用實踐舉例
    8.3.1  基於決策樹的再結晶預測模型
    8.3.2  基於BP網路的鎂合金晶粒尺寸預測模型構建
    8.3.3  自修復混凝土的自修復效果預測
    8.3.4  基於卷積神經網路的鎂合金微觀組織識別
  思考題
  參考文獻
第9章  集成計算材料工程

  9.1  集成計算材料工程歷史與任務
    9.1.1  集成計算材料工程起源
    9.1.2  集成計算材料工程核心任務
  9.2  集成計算材料工程主要方法
    9.2.1  多尺度建模方法
    9.2.2  全過程設計方法
    9.2.3  數據驅動方法
  9.3  集成計算材料工程應用舉例
    9.3.1  集成計算材料工程在航空航天汽車領域的應用概述
    9.3.2  集成計算材料工程在能源領域的應用概述
    9.3.3  基於集成計算材料工程的多目標性能合金的研發
    9.3.4  基於集成計算材料工程的複雜顆粒系統的結構優化
  思考題
  參考文獻

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