《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, m

e

验参数）即可正确预测微观体系的状态和性质。

12.材料建模的不同尺度：电子结构(electronic structure) DFT 10-10 , 原

子结构(atomistic) MD/MC 10-8, 微结构 (microstructure) FEM 10-6 , 连续体(continuum)CFD 10-3

13.各种方法的英文名字及简写：密度泛函方法 density functional

theory(DFT),分子动力学模拟molecular dynamics (MD), 蒙特卡罗模拟monte carlo(MC), 有限元方法 finite element method (FEM), 计算流体力学Computational fluid dynamics (CFD).

14. 其中，（DFT）和（MD/MC）方法侧重于理解和预言；(FEM)和(CFD)方法则侧重于应用。

15. 第一性原理方法的特点是（只借助少量基本物理常数不依赖任何经验参数

即可正确预测微观体系的状态和性质）。

16. 分子动力学模拟中最为关键的是（相互作用势）的构建, 它是对 (目标行为) 的合理化表达。

17. 微结构模拟中常用的方法是（有限元方法）。其特点是分散，表达，聚合。

18. 连续体模拟中常用的方法之一是（计算流体力学）。其特点是（有限元方法）。

计算材料学的主要方法及其基本原理

第一性原理、分子动力学、蒙特卡洛、有

限元方法、流体力学