spContent=你还在抱怨：材料疲劳试验，你比材料更疲劳。实验体系太复杂，“炒菜式”实验来发现新材料让你心力交瘁。实验现象太快、太慢，不易观测。有些实验条件难以实现，如高温、高压、高危。实验设备吐出数据和曲线太抽象，你没法想象原子上究竟发生了什么。来试一试计算材料学：节省时间和经费，照自己的意愿设计材料，让微观过程历历在目。热爱科研的你，如何能错过这个科研利器？
你还在抱怨：材料疲劳试验，你比材料更疲劳。实验体系太复杂，“炒菜式”实验来发现新材料让你心力交瘁。实验现象太快、太慢，不易观测。有些实验条件难以实现，如高温、高压、高危。实验设备吐出数据和曲线太抽象，你没法想象原子上究竟发生了什么。来试一试计算材料学：节省时间和经费，照自己的意愿设计材料，让微观过程历历在目。热爱科研的你，如何能错过这个科研利器？
—— 课程团队
课程概述
作为与理论分析和实验观测并列的研究方法，计算材料为材料学提供了新颖、有效的研究手段，弥补理论和实验的不足。随着模型与算法的成熟，通用软件的出现，使得计算材料学的广泛应用成为现实。计算材料学基础知识的掌握已成为现代材料工作者必备的技能之一。
本课程从微观粒子（原子、电子）到宏观连续体等多尺度多层次介绍计算材料学的基本概念、主要研究方法和技术。本课程重点讲授第一性原理从头算法、分子动力学、有限元法等模拟技术在材料科学与工程领域中的应用。
课程内容涵盖从纳观、微观到宏观多种研究层次，帮助学生建立跨时间和跨空间的研究视野；以研究尺度为线索，设计了包括基本原理、计算流程、建模方法等理论内容与材料研究典型算例等实践内容，实现立足于本科专业知识的横向拓宽及面向研究生科研能力的纵向贯通。
课程理论内容聚焦在基本概念，避免过于频繁的关注离散信息和单一技能，保证覆盖足够的知识广度；阐述理论框架下的重要算法、重要概念，没有超量载入内容，适合本科学生及社会学习者；实践算例设计有突出材料研究使用情境，理论与实践环节连贯，应用性目的强烈。
授课目标
通过学习本课程，学习者应：
①初步了解计算模拟的有关概念，了解从纳观、微观、介观到宏观的材料相关性质的理论预测方法，了解“中国制造2025”国家战略，提高科技报国的使命感；
②能够根据材料问题类型和所涉及的尺度，选择适用软件和模块，初步具备用系统论方法来寻求解决复杂问题的思考模式；
③掌握常用计算软件的操作，能够从给定数据出发，利用相关软件建立数学模型及数值计算，掌握模拟分析的基本流程；建立以目标为导向、追求时间成本效率的工程学思想；
④能够利用所学专业知识，对简单专业问题的模拟结果进行分析解释，树立终身学习的理念，增加学习的持续性和自觉性。
课程大纲
给我一个学习计算材料学的理由
1.1 材料科学的最前沿， 你当真不约？
1.2 课程讲些什么？ 适合我吗？
1.3 课表已爆满， 请给我一个学习计算材料学的理由
1.4 计算材料老司机需要哪些能力？
计算方法概述
2.1 尺度与层次结构
2.2 计算材料学的理论体系
2.3 计算方法应用领域1分钟速览
量子力学的方法
3.1 量子论的提出
3.2 状态与波函数
3.3 薛定谔方程
3.4 方法和基组
3.5 势能面
3.6 密度泛函
量子力学方法项目专题
4.1 高斯软件介绍
4.2 高斯软件应用案例
4.3 动手做一做
分子动力学方法
5.1 发展历史与基本思想
5.2 系综
5.3 力场
5.4 数值方法
5.5 结果分析
5.6 基本概念回顾
分子动力学方法项目专题
6.1 角膜塑形镜也要呼吸
6.2 分子动力学应用实例
6.3 分子动力学模拟基本步骤
6.4 动手做一做
有限元方法
7.1 有限元方法简介
7.2 直接刚度法求解弹簧状态
7.3 杆系统的稳态分析
7.4 热传导系统稳态分析
有限元方法项目专题
8.1 初识ANSYS
8.2 你的眼镜经受住“烤问”吗？
8.3 预测材料的断裂位置
8.4 动手做一做
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预备知识
参考资料
1. 江建军，缪灵，张宝，计算材料学：设计实践方法，高等教育出版社，2022年4月
2. 里沃斯，计算化学-分子和量子力学理论及应用导论，科学出版社，2010年2月
3. 徐光宪，黎乐民，王德民，量子化学——基本原理和从头计算法（中）（第二版），科学出版社，2007年9月
4. 曹天元，上帝掷骰子吗-量子物理史话，北京联合出版社，2013年9月
5. 罗伯（德）编著，项金钟，吴兴惠译，计算材料学，化学工业出版社，2002年8月
6. 曾攀，有限元基础教程，高等教育出版社，2009年7月
常见问题
1．本课程部分图片、视频来自网络及书籍，为教学需要在此借鉴。如果侵犯到您的权益，请发邮件至cxy@jit.edu.cn联系。
2．尊重老师与同学，不发表暴力文字，与人为善。
3．不在平台内发布非法、违禁信息。
