计算材料学总复习A
材料科学基础A考研题库
材料科学基础A考研题库材料科学是研究材料的组成、结构、性能以及它们之间关系的科学。
材料科学基础是材料科学与工程专业的核心课程之一，对于考研的同学来说，掌握材料科学基础的相关知识至关重要。
以下是一些材料科学基础A的考研题库内容，供同学们复习参考：一、材料的分类与特性1. 材料科学中常见的材料类型有哪些？2. 金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料各有什么特点？3. 简述材料的力学性能指标，如强度、硬度、韧性等。
二、材料的微观结构1. 材料的微观结构如何影响其宏观性能？2. 什么是晶体结构？请举例说明常见的晶体结构类型。
3. 非晶态材料与晶体材料有何不同？三、材料的制备与加工1. 简述几种常见的材料制备方法，如铸造、锻造、轧制等。
2. 材料加工过程中的热处理工艺有哪些？它们对材料性能有何影响？3. 材料的表面处理技术有哪些作用？四、材料的力学行为1. 什么是弹性模量？它与材料的哪些性质有关？2. 材料的塑性变形机制有哪些？3. 简述断裂力学的基本概念。
五、材料的热学性质1. 材料的热膨胀系数是什么？它如何影响材料的应用？2. 简述热传导、热对流和热辐射的区别。
3. 什么是热稳定性？它对材料选择有何意义？六、材料的电学性质1. 材料的导电性与哪些因素有关？2. 什么是半导体材料？它在现代科技中有哪些应用？3. 绝缘材料的电学性质有哪些特点？七、材料的光学性质1. 材料的折射率是如何定义的？它与材料的哪些性质有关？2. 简述光学材料在通信技术中的应用。
3. 什么是光致发光材料？它们在哪些领域有应用？八、材料的腐蚀与防护1. 什么是腐蚀？常见的腐蚀类型有哪些？2. 材料的耐蚀性与其哪些性质有关？3. 简述几种常见的腐蚀防护方法。
九、材料的老化与失效1. 材料老化的原因是什么？它对材料性能有何影响？2. 材料失效的常见类型有哪些？3. 如何通过材料设计来提高其耐久性？十、材料的创新与发展1. 当前材料科学领域的研究热点有哪些？2. 新型材料的开发对工业和科技发展有何推动作用？3. 简述可持续发展理念在材料科学中的应用。
材料复习课
态由纤维状组织转变为等轴晶，硬度和强度下降，塑性和
韧性提高。电阻率不断下降，密度升高。金属的抗腐蚀能 力提高，内应力下降。
2.分析金属冷变形度的大小对再结晶晶粒尺寸的影响，说明
原因 主要从晶核形成与晶粒长大两个方面考虑
3.影响再结晶过程的主要因素
①再结晶退火温度：退火温度越高（保温时间一定时），再结晶后的
七、凝固
基本概念 1.凝固与结晶 2.过冷度、成分过冷 3.临界晶核半径 4.形核、均匀形核、非均匀形核 5.偏析、宏观偏析、微观偏析 6.逐层凝固、糊状凝固、铸造缺陷
• 原理 1.纯金属的凝固过程 2.固溶体的凝固过程 3.铸锭典型组织的分析
习 题
1.金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体 系熵值减小，因此是一个自发过程。 ( ) ） ）：
4. ABC三元系投影图如下图所示，试分析合金1、2、3在室 温下的组织组成物有什么区别。
5.在图示浓度三角形中；
(1) 写出点P，R，S的成
分； (2) 设有2kg P，4kg R，2kg S，求它们混熔后的液体成
分点X；
六、扩散
• 基本概念
1.扩散、扩散系数
2.互扩散、反应扩散、上坡扩散
• 原理
1.扩散定律1、2及其公式 2.影响扩散的因素 3.扩散定律的应用（渗碳的计算）
习 题
1.物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 ( ) ) 2.扩散的驱动力为化学位梯度，阻力为扩散激活能 (
3.简述影响扩散的主要因素有哪些。
4. 名词解释：上坡扩散、反应扩散、间隙扩散
5.假设对一个原始碳浓度为0.25wt%的钢件进行渗碳处理，
要求渗碳层厚度为0.5mm处的碳浓度为0.8wt %，渗碳气
材料科学与工程总复习
02
掌握润湿的概念、类型；
01
掌握接触角的概念、Young方程、润湿的条件；（非理想固体表面的接触角）
02
了解Wenzel方程、Cassie方程；
03
掌握粘附的概念、及粘附的化学条件。
04
5.2 润湿与粘附
第6章要点 6.1 相平衡及其研究方法 ① 掌握相平衡的基本概念：相、组元、自由度等； ② 掌握相律（表达式、应用）； ③ 了解相平衡的研究方法。 6.2 单元系统相图 ① 掌握单元相图的表示方法； ② 掌握单元相图的基本类型及其各自的特点； ③ 了解几种常见的专业系统相图。 （SiO2相图及应用）
§9.3 固态反应动力学 （1）了解一般动力学关系； （2）掌握化学动力学范围的特点、均相系统 的动力学方程； （3）掌握非均相系统的特点、转化率的概念； （4）掌握扩散动力学范围的特点； （5）掌握抛物线型速度方程、杨德方程、金斯 特林格方程。（区别） §9.4 影响固态反应的因素 掌握几个主要的影响因素。
2.6 硅酸盐晶体结构
第3章要点 3.1 晶体结构缺陷的类型 掌握缺陷的分类方法； 掌握各种缺陷的定义、特点。 3.2 点缺陷 掌握点缺陷的符号表征； 掌握缺陷反应及缺陷生成规律；（各种缺陷反应） 了解热缺陷浓度的计算、及离子导电性。
3.3 线缺陷 掌握滑移的概念、几何学特点及位错机制；（位错滑移运动的条件、规律） 理解挛晶与滑移的异同； 掌握位错的基本类型及各自的特征； 掌握柏氏矢量：作法，特性及用途； 理解位错密度、位错能量、位错宽度、位错强度、位错反应等概念。 3.4 面缺陷 了解面缺陷的主要类型
§10.3 再结晶和晶粒长大 ① 掌握再结晶的概念、推动力、机理、条件； ② 了解再结晶温度的概念； ③ 掌握晶粒长大的概念、推动力、晶粒的稳定 形状； ④ 了解第二相杂质对晶粒长大的影响； ⑤ 掌握二次再结晶的概念； ⑥ 了解二次再结晶的机理，对性能的影响。 §10.4 影响烧结的因素 掌握影响烧结的主要因素，及其基本规律。
内蒙古大学材料科学导论期末复习计算
例题 : Cu 晶体的空位形成能Ev 为0.9ev/atom ，或 1.44×10－19 J/atom ，材料常数A 取作1，玻尔兹曼常数k ＝1.38×10 － 23 J/K ，计算：（已知Cu 的摩尔质量为MCu ＝63.54g/mol ， 500℃下Cu 的密度ρCu ＝8.96 ×106 g/m3 )1）在500℃下，每立方米Cu 中的空位数目。
2） 500℃下的平衡空位浓度。
解：首先确定1m3体积内Cu 原子的总数：23628036.023108.96108.491063.54Cu Cu N N M m ρ⨯⨯⨯===⨯1）将N 代入空位平衡浓度公式，计算空位数目nv2）1928232813.52862331.4410exp 8.4910exp 1.38107738.49108.4910 1.37101.210/V v E n N kT e m ------⨯==⨯⨯⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯2）计算空位浓度 1913.56231.4410exp 1.4101.3810773v V n C e N -----⨯====⨯⨯⨯即在500℃时，每106个原子中才有1.4个空位制作半导体元件时,常在Si表面沉积一薄层硼,然后加热使之扩散.测得1100℃时硼的扩散系数DB=4×10-7m2/s , 硼的薄膜质量M为：M=9.43×1019个原子.求:扩散时间t=7×107S后表面(x=0)硼的浓度.解:将已知条件代入2MχC=exp(-)4DtπDtC0 =0.1％C （纲件原始浓度），CS ＝1％（钢件渗碳后表层C％），渗碳温度为930℃＝1.61×10－12m2/s求：渗碳4小时以后在x＝0.2mm处的碳浓度（C）值。
解：先求误差函数β＝Dt 2x＝144001061.12102124⨯⨯⨯--∴β＝0.657查误差函数表可知：erf(β)＝erf 0.657=0.647个原子⨯⨯⨯⨯⨯⨯1919-779.4310C==110π410710。
计算材料学-14-3-2
Properties of Stilling-Weber potential
• Diamond structure has lowest energy. Other structures are de-stabilized by the three-body U3 term. • If the value of β is cos(109.47°) = −1/3 → U3=0, then the diamond lattice is the energetically favorable structure within SW potential.
共价键合的多体效应
在共价材料中原子间相互作用不仅取决于原子间距，而且与原子 间的成键方向密切相关。为了正确地描述共价键合，不仅要考虑 原子间的距离，而且要体现成键取向的变化对势函数的影响。
Stilling-Weber Potential
• Stillinger-Weber (1985) focused on silicon and constructed two-and three-body terms with 7 adjustable parameters. • The pair potential is a product of inverse powers and an exponential function (attractive and repulsive parts). • The three-body potential is the product of an exponential and a cosine function (this ensures directionality and mechanical stability for ideal tetrahedral angles (109.5°). • The potential is empirical but tested in both the solid and liquid states of Si. • The Stilling-Weber potential has been extended to many other tetracoordinated systems like Ge, GaAs, CdTe, etc.
计算材料学总复习A
电子在一个等效的中心势场中的运动，等效势场包括原子核对该电子作用势
和其他电子对该电子的平均作用势。
24、原子中单电子波函数 φi(qi)称为自旋轨道。描述原子中单电子空间运动状态
的波函数ϕ i
(rri
)
称为原子轨道。
25、将分子轨道表示成原子轨道线性组合的方法，称为原子轨道线性组合—分子
轨道法（LCAO-MO 方法）。
∆Z ∆E
其中 ∆Z 表示能量在 E ～ (E + ∆E)范围内的电子能态数目。 32、费米能级又称为费米能，是遵从泡利不相容原理的电子体系的化学势。从费
米狄拉克分布函数上看，费米能级在数值上等于电子占居几率为 1/2 的量子 态的能量。在绝对零度(0 K )时，电子均按泡利不相容原理填充于能量低于费 米能的状态中，即在费米能级以下的状态全部是满的，而费米能级以上的状
并利用 Hartree-Fock 近似将多电子问题变为单电子问题，用 Hartree-Fock
自洽场方法或密度泛函理论求解单电子问题。建立在 Hohenberg-Kohn 定理
之上密度泛函理论是目前求解单电子问题的最精确的理论。
23、对多电子原子的计算主要采用单电子近似，即把每个电子的运动近似成单个
B 正则系综
C 等温等压系综
D 等焓等压系综
2、在热力学统计物理中该系综是一个粒子数为 N，体积为 V，温度为 T 和总动
量为守恒量的系综，在这个系综中系统的粒子数(N)、体积(V)和温度(T)都保
持不变，并且总动量为零，因此为称( B )系综。（√）
A 微正则系综
B 正则系综
C 等温等压系综
D 等焓等压系综
态全部是空的。
33、固体能带计算就是求解对固体系统做了三个近似后得到的单电子方程，对这
材料科学基础复习资料
材料科学基础复习资料材料科学基础是各个工程领域的基本学科，是各个领域的基础。
材料科学基础涵盖了材料的结构、物理与化学性质、制备工艺等方面内容，是材料科学领域学习过程中必须掌握的知识。
因此，为帮助有需要的人顺利复习材料科学基础知识，本文整理了一些相关的复习资料。
一、材料基础知识1. 基本的物理性质：包括化学成分、密度、电导率、热导率等基本参数，通常在每种材料的材料数据表中都可查到。
2. 结构相关：晶体结构：晶体结构指材料中原子、离子、分子排布的类型和规律，常用的晶体结构有：立方晶系、四方晶系、六方晶系、等轴晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系等。
非晶态：非晶态作为一种新兴的材料类型，其分子呈无序排列，在某些情况下可能拥有更好的性能。
3. 材料特性：热膨胀系数：在温度变化时，材料线膨胀的速度大小，通常用公式ΔL/L0 = αΔT 表示，其中α为热膨胀系数。
韧性：材料在受到剪切力或拉伸力时的弹性变形程度，是一种考量材料性能的指标，通常可以通过材料变形曲线进行查看。
4. 金属与合金相关：金属材料通常具有良好的导电、导热等特性，同时在高温、高压等环境下具有较强的稳定性。
合金则通常是由多个金属或者非金属元素组成的混合物，其性质与材料组分、配比等有关。
二、材料治理、工艺及应用1. 材料的处理：常用材料的处理包括固化、焊接、框架处理、表面处理以及高压工艺等，其中固化的过程包括了煅烧、烧结等过程。
2. 材料配方：通常材料的配方根据材料的成分、目的等进行确定，其中分子键长、键能以及分子排列等指标都可能用来确定最终配方。
3. 材料的加工工序：通常材料加工工序包括切削、钣金、打压成形等过程，每个工序都会影响材料的性质和特性。
三、材料的主要分类1. 材料的物理分类：主要涉及到材料的形态、密度以及各种物理性质，通常有固体、液体、气体以及等离子体等分类方式。
2. 材料的化学分类：不同的元素应用于不同的方案分类，这种分类通常依据材料的化学成分。
建筑材料A复习资料
建筑材料A复习资料建筑材料是建筑工程中不可或缺的重要组成部分，其性能和质量直接影响着建筑物的安全性、耐久性和功能性。
在学习建筑材料 A 的过程中，掌握相关的知识要点对于理解和应用建筑材料具有重要意义。
以下是对建筑材料 A 的复习资料整理。
一、建筑材料的分类建筑材料的种类繁多，可以根据不同的标准进行分类。
（一）按化学成分分类1、无机材料：包括金属材料（如钢铁、铝合金等）和非金属材料（如水泥、玻璃、陶瓷等）。
2、有机材料：如木材、塑料、橡胶等。
3、复合材料：由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法复合而成，如纤维增强复合材料、聚合物混凝土等。
（二）按使用功能分类1、结构材料：主要用于承受荷载，如钢材、混凝土、砖石等。
2、围护材料：用于建筑物的围护和分隔，如墙体材料、门窗材料等。
3、功能材料：具有特殊功能，如防水材料、保温材料、吸声材料等。
二、常见建筑材料的性能（一）水泥1、水泥的种类：常见的有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。
2、水泥的凝结和硬化：水泥加水拌合后，会逐渐发生凝结和硬化过程，这与水泥的矿物组成、细度、水灰比等因素有关。
3、水泥的强度：是衡量水泥质量的重要指标，通常用抗压强度和抗折强度表示。
（二）钢材1、钢材的分类：按化学成分可分为碳素钢和合金钢；按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
2、钢材的力学性能：包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯性能等。
3、钢材的锈蚀：钢材在潮湿环境中容易发生锈蚀，影响其使用寿命，应采取防锈措施。
（三）混凝土1、混凝土的组成：由水泥、砂、石、水和外加剂等组成。
2、混凝土的性能：包括和易性、强度、耐久性等。
3、混凝土的配合比设计：根据工程要求和原材料的性能，确定混凝土中各组成材料的比例。
（四）木材1、木材的分类：按树种可分为针叶树材和阔叶树材。
2、木材的物理性质：如含水率、密度、胀缩性等。
3、木材的力学性能：顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、抗弯强度等。
材料科学基础期末总结复习资料
材料科学基础期末总结复习资料材料科学基础期末总结复习资料1、名词解释（1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
（2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称为共晶转变。
（3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。
即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ（4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。
（5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析（6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。
（7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。
（8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。
（9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。
（10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。
（11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。
（12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。
计算材料学答案
计算材料学1.计算材料学在不同层次使用的计算方法2.材料科学与工程的四要素包括材料固有性质、结构与组分、使用性能、合成与加工。
3.根据晶体中原子间的结合力类型划分有哪几种晶体类型，其特点是什么？类型作用力键合特点离子键静电库仑引力最强无方向性、配位数高、熔点高、强度高、低膨胀系数、塑性差、导电性差、溶态导电共价键轨道相互作用强有方向性、配位数低、熔点高、强度高、低膨胀系数、塑性差、溶态不导电金属键原子实与自由电子之间的景点相互作用（库仑力）较强无方向性，配位数高，塑性好，导电性好，导热性好，结构密堆分子键瞬时偶极矩较弱无方向性，配位数高，结构密堆，熔点高，绝缘氢键氢原子核与极性分子间的库仑力弱无方向性，无饱和性当样品从绝对零度开始加热时，只有能量位于费米能附近kBT 范围内的轨道电子才被热激发，每个被激发电子所获得的能量量级正好为 kBT ， 所以被激发电子的比例约为 T/TF ，设 N 为电子总数，则被激发的电子数约为 NT/TF ，在被激发的 NT/TF 个电子中，每个都具有能级为 kBT 的热能，所以总的电子热能的量级为，于是电子热容为，正比于温度 T ，与实验结果一致。
室温下， TF 约为 5×104 K ，Cel 比经典值 (3/2)NkB 约小两个量级。
5. 自由电子轮的两个假设(1) 假设自由电子在金属晶体中的恒定势场下运动(2) 单电子近似 6. 根据，T 的实验数据作图求出电子气的比热容常数（）Tk T T NU FB ~7.自由电子近似与近自由电子近似的主要区别自由电子近似（遵循波尔兹曼统计规律）：假设电子在金属晶体的恒定场中运动，在此模型下建立薛定谔方程；单电子近似，即自由电子理论把电子的运动状态从一个多体问题转化为单体问题处理，处理过程中考虑电子费米对称性。
近自由电子近似（遵循费米-狄拉克统计）：除了自由电子近似的两个假设外，还大胆的做出如下近似（1）绝热近似：原子核(或离子实)的质量>>电子质量，离子运动速度慢，假设离子固定在瞬时位置上，多体问题化成多电子问题（2）自洽场(H-F)方法：多电子问题单电子问题，每个电子是在固定的离子势场及其它电子的平均场中运动（3）认为所有离子势场和其他电子的平均场是周期性势场。
材料总复习资料
材料总复习资料总复习第⼀章: 基本概念1强度、塑性、硬度、韧性的概念及表⽰⽅式 2腐蚀类型：化学腐蚀、电化学腐蚀第三章1结合键的类型：⾦属键、离⼦键、共价键、分⼦键、氢键 2 结合键类型与材料⼒学性能的关系：对弹性模量影响较⼤，结合键能越⼤，原⼦间距离的改变越困难，即弹性模量越⼤；⼀般情况下结合键能⾼的强度也⾼；⾦属键使材料有良好的塑性，⽽离⼦键、共价键结合使材料塑性变形困难，塑性差。
第四章晶体结构 1 晶格、晶胞的概念； 2 晶⾯和晶向的标定 3 ⾦属中常见的晶格：（1）⾯⼼⽴⽅晶格：（γ-Fe ，Cu, Ni ）晶胞中的原⼦数为4；原⼦半径a 42，致密度为0.74。
（2）体⼼⽴⽅晶格：α-Fe ，晶胞中的原⼦数为2；原⼦半径a 43，致密度为0.68。
（3）密排六⽅：晶胞中的原⼦数为6；原⼦半径1/2a ，致密度为0.74。
4 合⾦中的相结构：相、组元的概念●按其晶格结构的基本属性来分，相可分为固溶体和化合物两⼤类。
●固溶体：其结构与溶剂⾦属的结构相同，按溶质原⼦在固溶体晶格中的位置不同可分为：置换固溶体、间隙固溶体●固溶强化概念：由于溶质的溶⼊使固溶体强度和硬度升⾼，塑性、韧性下降的现象称为固溶强化●⾦属间化合物的类型：正常价化合物、电⼦化合物、间隙相合间隙化合物，⼀般具有较⾼的强度和硬度，塑性很差。
●弥散强化：合⾦中出现均匀分布的⾦属化合物时，合⾦的强度、硬度、耐磨性及耐热性都得到提⾼，但塑性有所下降的现象。
练习：1常见⾦属晶格结构有、、三种。
2固态合⾦中的相，按其晶格结构类型可分为和两⼤类。
3、固溶体的强度和硬度⽐溶剂的强度和硬度，其晶体结构与相同。
4、解释固溶强化和弥散强化的概念5 常见的⾦属晶体结构有哪⼏种？各具有什么样的结构特点？第五章晶体缺陷⼀、点缺陷：空位、间隙原⼦1 肖脱基缺陷：正常节点上的原⼦，离开平衡位置迁移到晶体的表⾯，在晶体内正常节点上留下空位。
2弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，⼀些能量⾜够⼤的原⼦离开平衡位置后，挤到晶格的间隙中，形成间隙原⼦，⽽原来位置上形成空位。
计算材料学基础张跃答案
计算材料学基础张跃真题及答案计算材料学基础张跃真题及答案一、单项选择题：1.计算材料学中，反映材料微观结构的参数叫做（）A. 材料弹性常数B. 弹性模量C. 材料形变率D. 材料塑性常数答案：B。
2.计算材料学中，长期负荷下的机械变形的材料变形本构模型的补充包括（）A. 材料屈服B. 材料塑性应变度C. 材料屈服定律D. 材料成型角答案：B、C、D。
3.计算材料学中，材料弹性模量成功地预测了材料（）A. 伸缩B. 悬浮C. 劈裂D. 磨损答案：A。
4.计算材料学中，影响材料冷弯性能的因素（）A. 材料的机械特征B. 材料的温度C. 材料的拉伸应力D. 材料的剪应力答案：A、B、D。
二、多项选择题：1. 计算材料学中常用来衡量材料力学特性的参数有（）A. 延伸率B. 材料屈服定律C. 材料弹性模量D. 材料抗弯模量答案：A、C、D。
2. 计算材料学中，材料变形过程中产生失稳态现象的机制包括（）A. 损伤机制B. 剪胀现象C. 非线性机制D. 材料柔韧机制答案：A、B、C、D。
三、论述题：请谈谈计算材料学的基本概念和意义？计算材料学是一门新兴的工程学科，它将计算机科学、材料科学、数理方法等多学科相结合，以电脑模拟材料力学行为，通过计算模拟得到力学特性及行为来对材料进行研究，以实现对材料性能的理解和改善。
计算材料学主要涉及材料实验（试验数据的采集和处理），材料分析（分析材料表面形貌、设计力学模型），计算机模拟，结果分析和认识总结等方面的内容。
通过计算材料学的运用，可以更加全面、深入、快速地表征材料的各种性能，更准确地估计材料的行为，更加精确地模拟材料在建筑物、机械、航空航天等方面的应用，从而大大降低研究和开发成本，为包括环境保护和能源利用等领域的实际应用提供有效服务。
材料学的复习资料
材料学的复习资料1.作图表⽰⽴⽅晶体的晶⾯及晶向。
2.在六⽅晶体中，绘出以下常见晶向等。
3.写出⽴⽅晶体中晶⾯族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶⾯。
4.镁的原⼦堆积密度和所有hcp⾦属⼀样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg的密度，相对原⼦质量为24.31，原⼦半径r=0.161nm。
5.当CN=6时离⼦半径为0.097nm，试问：1)当CN=4时，其半径为多少？2)当CN=8时，其半径为多少？6.试问：在铜（fcc,a=0.361nm）的<100>⽅向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>⽅向,原⼦的线密度为多少？7.镍为⾯⼼⽴⽅结构，其原⼦半径为。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平⾯上1中各有多少个原⼦。
8.⽯英的密度为2.65。
试问：1)1中有多少个硅原⼦（与氧原⼦）？2)当硅与氧的半径分别为0.038nm与0.114nm时，其堆积密度为多少（假设原⼦是球形的）？9.在800℃时个原⼦中有⼀个原⼦具有⾜够能量可在固体内移动，⽽在900℃时个原⼦中则只有⼀个原⼦，试求其激活能（J/原⼦）。
10.若将⼀块铁加热⾄850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成⼀摩尔空位所需要的能量为104600J）。
11.设图1-18所⽰的⽴⽅晶体的滑移⾯ABCD平⾏于晶体的上、下底⾯。
若该滑移⾯上有⼀正⽅形位错环，如果位错环的各段分别与滑移⾯各边平⾏，其柏⽒⽮量b∥AB。
1) 有⼈认为“此位错环运动移出晶体后，滑移⾯上产⽣的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？2) 指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移⽅向及滑移量。
12. 设图1-19所⽰⽴⽅晶体中的滑移⾯ABCD 平⾏于晶体的上、下底⾯。
晶体中有⼀条位错线de fed ,段在滑移⾯上并平⾏AB ，ef 段与滑移⾯垂直。
计算材料学讲义 PPT
0 x1
0
y
1
1 z 1
x1 r•cos
cos sin 0
R
, z
(
)
sin
cos
0
0
0 1
y1 r•sin
x2 r•cos( )
r•(cos•cossin•sin) x1cosy1sin
y2 r•sin()
r•(sin•coscos•sin) y1cosx1sin
（3）了解Herman-Mauguin空间群符号
• 空间群是经常用简略Herman-Mauguin符号(即Pnma、 I4/mmm等)来指定。 在简略符号中包含能产生所有其余 对称元素所必需的最少对称元素。
• 从简略H-M符号，我们可以确定晶系、Bravais点阵、点群
和某些对称元素的存在和取向（反之亦然）。
1 0 0 cossin0 cossin0 0 1 0 sincos0sincos0 0 0 1 0 0 1 0 0 1
（7）反轴和映轴间的对应关系
• 旋转倒反轴和旋转反映轴之间存在简单的一一对应关系，旋 转角度为q的反轴和旋转角为(qp)的映轴是等价的对称轴。
• 这一关系也很容易从他们的表示矩阵看出。所以1次， 2次， 3次， 4次和6次反轴分别等价于2次， 1次， 6次， 4次和3 次映轴。
（4）反映面--镜面 ① 反映面，也称镜面，反映操作是从空间某一点向反映面 引垂线，并延长该垂线到反映面的另一侧，在延长线上取 一点，使其到反映面的距离等于原来点到反映面的距离。 符号为m (s)。 ② 为了表示反映面的方向，可以在其符号后面标以该面的 法线。如法线为[010]的反映面，可记为m [010]。
旋转轴的次数(或重数)，符号为n (Cn)。其变换矩阵为：
《计算材料学》结课复习
《计算材料学》结课复习《计算材料学》结课复习1. 根据模拟对象（空间）尺度和（时间）尺度的不同，我们可以选择相应的方法展开计算材料学模拟。
2.将多原子体系理解为电子和原子核组成的多粒子体系，并利用（绝热近似）将二者的行为区别对待，从而分别利用（量子力学）和(经典力学）进行处理。
3.材料的性质和行为取决于（组成材料的原子及其电子的运动状态），描述原子和电子的运动的物理基础是（量子力学）。
4.模拟原子实体系行为的主要方法是（分子动力学），其基本物理思想是求解一定物理条件下的多原子体系的（牛顿运动方程），给出原子运动随时间的演化，通过（统计力学方法）给出材料的相关性能。
5.描述微观粒子的运动行为采用的是（薛定谔方程），在（<10-13）的微观层次，方程放之四海而皆准。
方程建立容易，困难在于（求解）。
求解多粒子体系的（薛定谔方程）必须针对具体内容而进行必要的（简化）和（近似）。
6.离子实体系的（牛顿）方程决定着体系的（声波的传导、热膨胀、晶格比热、晶格热导率和结构缺陷等）性质。
7.电子体系的（薛定谔）方程决定着体系的（电导率、热导率、超导电性和磁学性能）等等。
8.对电子体系的（薛定谔方程）引入（单电子）近似、（自恰场）近似和（非均匀电子气）理论，建立了（hartree－fock理论）和（密度泛函理论），从而实现电子体系的方程（可解）。
9.（量子力学）使材料科学的体系和结构都了发生深刻的变化，使化学和物理学界限模糊理论上（趋于统一），带动材料科学进入（分子水平）。
10. 70余年，量子力学经受物质世界不同领域（原子、分子、各种凝聚态、基本粒子和宇宙物质等）实验事实的检验，其正确性无一例外。
任何（唯象理论）都不可与之同日而语。
11. 量子力学的第一原理方法只借助（5个基本物理常数）：电子电量、电子,h, c和k)，不依赖任何（经质量、普郎克常数、光速和玻耳兹曼常数 (e, me验参数）即可正确预测微观体系的状态和性质。
计算材料学期末复习-CMS
计算材料学期末复习-CMS计算材料学2013期末复习分子动力学方法0、材料多尺度特征、材料模拟计算方法的种类及特点1、什么是分子动力学？2、分子动力学方法包含的要素3、体系动能、内能、温度的定义4、原子间相互作用势：LJ双体势的数学形式、物理意义、特点（长程、势能截断、势能截断方案的必要性及准则）5、原子间相互作用势：EAM多体作用势数学形式、物理意义、特点7、原子间相互作用势：SW多体作用势数学形式、物理意义、特点8、合金体系的原子间相互作用势9、如何由原子间相互作用势求得原子间力？原子间相互作用势（如LJ）二阶导数的物理意义10、典型晶体结构（fcc、bcc、hcp、sc、dc）的特点（最近邻、次近邻、第三近邻距离及原子配位数）11、非晶态体系结构的特点（液体、金属玻璃）12、举例说明MD模拟标定初始条件（粒子位置、速度、温度、体积、压力。
）的重要性13、势能截断距离（rc）与近邻原子；寻找每个粒子的近邻原子数，建立近邻表，如何提升计算效率？（t～N2 or t～N）14、周期性边界条件的目的，周期性边界条件与模型体系的分类，何谓“supercell”？15、代表“理想无限晶体”（fcc Ar，L-J相互作用势）的最小盒子尺寸16、给定势函数，势能截断距离（第二近邻，第三近邻），估算ei和晶格常数a的关系。
估算平衡晶格常数a0，验证此时原子受力是否为零，计算晶体的弹性模量。
17、通过判断粒子受力（fi）和速度（vi）状态，如何简单实现体系的能量最小化？18、能量最小化方法的用途体现在哪些方面?19、选取MD积分时间步长的物理准则20、Verlet积分算法的特点，用其预测粒子位置、速度的精度如何？20、在NVT系综、NPT系综中，体系处于平衡温度时粒子速率分布的特点21、简述分子动力学模拟中，采用经验或半经验原子间相互作用势的理由。
（半经验的原子间相互作用势的合理性体现在哪些方面？）22、MD中体系静态结构的表征23、动态结构：扩散系数、速度自相关函数实验1：晶格常数和体模量1、用MD方法计算晶格常数的基本原理2、平衡晶格常数与分子动力学5要素中最相关的一个要素是_____？3、由本次实验得出Si原子最可能以_____晶体结构排列？3、计算体弹模量的公式。