材料计算与模拟6-simulation software
材料计算与模拟
材料计算与模拟
材料计算与模拟研究是当今科学研究的一项重要分支，可以被应用于建筑、能源、交通、航空和军事等诸多领域。
它是一种基于数学、物理、化学和材料科学等多学科综合的设计方法和技术手段，它可以对产品的性能和安全性进行仔细的分析，并在设计产品的过程中发挥重要作用。
材料计算与模拟技术在20世纪90年代初被提出，它为材料学研究开拓了新的空间，使科学家能够更加深入地研究材料的性质和用途。
根据研究人员的发现，计算和模拟帮助研究人员更深的了解材料的物理和力学性能。
这种技术可以用来预测物体的特性和性能，并以此评估技术和工程的可行性。
材料计算与模拟研究最常用的方法是计算机辅助设计（CAD）和
有限元分析（FEA）。
CAD给予了研究人员更灵活的方法来建立模型
和模拟实验，而有限元分析则可以用来模拟实际受力环境和温度等环境条件下材料的变形行为。
同时，应用遗传算法（GA）和粒子群优化算法（PSO）的研究也成为了材料计算与模拟的研究新领域。
材料计算与模拟是当今非常重要的研究方向，它不仅有助于工程设计，也有助于新材料的发现和开发。
它可以用来预测新材料的性能，并验证材料的安全性和效率。
此外，它还可以用来分析材料的表征参数，从而研究材料的性质和机制，并提出合理的设计方案。
因此，材料计算与模拟是当今科学和工程领域一项新兴的、具有重大社会意义的研究领域。
MaterialsStudio最强大的材料模拟计
Materials Studio 最强大的材料模拟计Materials Studio最强大的材料模拟计算平台[PDF资料下载]一、Accelrys材料科学软件的主要应用领域包括：-固体物理及表面化学-催化、分离与化学反应-高分子及软材料-纳米材料-材料表征与仪器分析-晶体与结晶-QSAR(定量构效关系)与配方设计Accelrys(美国)公司是世界领先的计算科学公司，是一系列用于科学数据的挖掘、整合、分析、模建与模拟、管理和提交交互式报告的智能软件的开发者，是目前全球范围内唯一能够提供分子模拟、材料设计、化学信息学和生物信息学全面解决方案和相关服务的软件供应商，所提供的全面解决方案和科技服务满足了当今全球领先的研究和开发机构的要求。
Accelrys材料科学软件产品提供了全面和完善的模拟环境，可以帮助研究者构建、显示和分析分子、固体、表面和界面的结构模型，并研究、预测材料的结构与相关性质。
Accelrys的软件是高度模块化的集成产品，用户可以自由定制、购买自己的软件系统，以满足研究工作的不同需要。
Accelrys软件用于材料科学研究的主要产品是Materials Studio分子模拟软件，它可以运行在台式机、各类型服务器和计算集群等硬件平台上。
Materials Studio分子模拟软件广泛应用在石油、化工、环境、能源、制药、电子、食品、航空航天和汽车等工业领域和教育科研部门；这些领域中具有较大影响的跨国公司及世界著名的高校、科研院所等研究机构几乎都是Accelrys 产品的用户。
Materials Studio分子模拟软件采用了先进的模拟计算思想和方法，如量子力学(QM)、线性标度量子力学(Linear Scaling QM)、分子力学(MM)、分子动力学(MD)、蒙特卡洛(MC)、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学(DPD)、统计方法QSAR(Quantitative Structure-Activity Relationship)等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法；模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、界面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。
计算材料学之材料设计、计算及模拟
03
基于连续介质力学原理，通过建立材料的本构方程和边界条件，
研究材料的弹塑性行为和性能。
材料热学性能模拟
热传导模型
通过建立材料的热传导方程和边 界条件，研究材料的热传导性能 和行为。
分子动力学模拟
通过模拟原子或分子的运动轨迹， 研究材料在微观尺度上的热学性 能和行为。
热力学模型
基于热力学原理，通过建立材料 的热力学方程和状态方程，研究 材料的热力学性能和行为。
VS
详细描述
第一性原理计算通过求解薛定谔方程，能 够准确地预测材料的电子结构和化学性质 ，如键能、键角、电荷转移等。该方法广 泛应用于材料科学、化学、生物学等领域 。
03
材料计算模拟技术
材料电子结构计算
密度泛函理论
基于量子力学原理，通过求解薛定谔方程得到材 料的电子结构和性质。
分子动力学模拟
通过模拟原子或分子的运动轨迹，研究材料在微 观尺度上的动态行为和性质。
材料光学性能模拟
01
02Βιβλιοθήκη 03光吸收模拟通过建立材料的光吸收模 型和边界条件，研究材料 的光吸收性能和行为。
光学散射模拟
通过建立材料的光学散射 模型和边界条件，研究材 料的光学散射性能和行为。
光电效应模拟
通过建立材料的光电效应 模型和边界条件，研究材 料的光电效应性能和行为。
04
材料设计、计算及模拟的应用案例
02
跨学科交叉研究有助于解决复杂 问题，如生物医学材料、光电器 件等，推动相关领域的技术创新 和应用。
THANKS
感谢观看
高性能金属材料的优化设计
总结词
通过计算模拟技术，优化高性能金属材料的微观结构和性能，提高其强度、韧性、耐腐蚀性和高温稳 定性。
材料模拟计算软件VASP
１． 背景介绍
ＶＡＳＰ（Ｖｉｅｎｎａ Ａｂ－ｉｎｉｔｉｏ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ ）是使用 赝势和平面波基组，进行从头量子力学分子动力学 计算的软件包。直接购买的费用大约４万人民币。
ＶＡＳＰ的原型是Ｍｉｋｅ Ｐａｙｎｅ在ＭＩＴ开发的程序包。 这个程序包产生了两个分支，一个是ＶＡＳＰ，一个 是ＣＡＳＴＥＰ。当ＶＡＳＰ开始发展的时候，ＣＡＳＴＥＰ这个 名字还没有产生。１９８９年，Ｊｕｅｒｇｅｎ Ｈａｆｎｅｒ把ＶＡＳＰ的 原型代码从剑桥带回了维也纳，但ＶＡＳＰ的真正开 发是在１９９１年开始的。这个时候，ＣＡＳＴＥＰ实际上 已经进一步发展了很多，但是ＶＡＳＰ是基于１９８９年版 的ＣＡＳＴＥＰ开发的，这个版本的ＣＡＳＴＥＰ只支持局域 赝势和Ｃａｒ－Ｐａｒｒｉｎｅｌｌｏ型的急速下降算法。１９９５年， ＶＡＳＰ的名字被确定下来，并且成为一个稳定而通用 的从头计算工具。１９９６年，ＶＡＳＰ的ＦＯＲＴＲＡＮ ９０语 言版本出现，并且开始进行ＭＰＩ并行化。但是，开 始进行并行化工作的人，Ｊ．Ｍ． Ｈｏｌｅｎｄｅｒ，“抄袭”了 ＣＡＳＴＥＰ的通讯内核，从而引起了ＣＡＳＴＥＰ和ＶＡＳＰ的 纠纷。１９９７年１月，ＶＡＳＰ的并行化在英国完成。 １９９８年，ＶＡＳＰ的通讯内核被完全重写，以去除 ＣＡＳＴＥＰ的部分，这导致了ＶＡＳＰ对Ｔ３Ｄ／Ｔ３Ｅ通讯不再 特别有效率。１９９９年，投影增强波（ＰＡＷ）方法被 采用。目前，维也纳大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｖｉｅｎｎａ）Ｐｒｏｆ． Ｄｒ． Ｊｕｅｒｇｅｎ Ｈａｆｎｅｒ 和 Ｐｒｏｆ． Ｄｉｐｌ．Ｉｎｇ． Ｄｒ． Ｇｅｏｒｇ Ｋｒｅｓｓｅ 研 究组以及德国的Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ－Ｓｃｈｉｌｌｅｒ－Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ的Ｊüｒｇｅｎ Ｆｕｒｔｈｍüｌｌｅｒ研究组共同开发并发展ＶＡＳＰ。它是用赝 势平面波方法进行分子动力学模拟的软件包。与同 类的软件相比，它比较早的实现了超软赝势，计算 量相对于一般的模守恒赝势方法大为减少。ＶＡＳＰ加 入了对ＰＡＷ方法的支持，这使得ＶＡＳＰ的应用更为广 泛。
MS程序简介-材料设计与计算机模拟
应用实例 4
Study of the Effect of Alloying on the Surface Reactivity of Catalysts The CASTEP simulations resulted in the following : CO 优先吸附在Pt表面的顶位 Oxygen 优先吸附在Cu3Pt(111) 表面Cu原子间的空心位 CO (or Oa) 在合金表面的吸附能比两种纯金属表面的吸附能低。 合金表面上CO 氧化的势垒比在纯金属表面低. 表明Cu3Pt 可能是比
the charge density Physical Review Letters, 91, (2003) 105502
应用实例 3
Understanding the Properties (structural, mechanical, vibrational, and electronic) of Carbon and Boron-nitride Nanotubes
Materials Studio的主要模块
CASTEP典型的应用包括表面化学、键结构、态密度和光学性质等研 究，CASTEP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。此外， CASTEP可用于有效研究点缺陷(空位，间隙和置换杂质)和扩展缺陷(如 晶界和位错)的性质。
研究表面分子吸附的单包（左） 研究点缺陷的单包（右）
材料设计与计算机模拟
Material designing & Computer simulation
Materials Studio 模块简介
Introduction of Materials Studio’s Moduls
solidworks simulation 中专业单词 -回复
solidworks simulation 中专业单词-回复Solidworks Simulation是一种用于进行结构力学和流体力学领域的仿真分析的强大工具。
本文将从基本概念开始，逐步解释与Solidworks Simulation相关的专业术语。
1. 求解器（Solver）求解器是Solidworks Simulation的核心组件之一，用于解决力学问题的数学模型。
Solidworks提供了多个不同类型的求解器，包括静力学求解器、热力学求解器和流体力学求解器等。
根据具体问题的要求，选择合适的求解器进行仿真分析。
2. 静力学（Static Analysis）静力学是Solidworks Simulation中常用的分析类型，用于研究物体在外力作用下的平衡和变形。
通过静力学分析，可以计算出物体的应力、应变、位移和力的分布情况，帮助工程师评估设计的结构的可靠性和安全性。
3. 动力学（Dynamic Analysis）动力学分析是一种在Solidworks Simulation中常用的分析类型，用于研究物体在动态负载作用下的响应。
动力学分析可以模拟物体在受到冲击、振动和周期性加载等情况下的动态行为，帮助工程师优化设计以满足特定的运动要求。
4. 热力学（Thermal Analysis）热力学分析是Solidworks Simulation中用于研究物体热传导、对流和辐射等热现象的一种分析方法。
该分析可帮助工程师预测设计中热量的分布和对物体性能的影响，并优化设计以满足特定的温度要求。
5. 流体力学（Fluid Dynamics）流体力学是Solidworks Simulation中用于研究流体在不同条件下的流动和传热行为的分析方法。
该分析可模拟流体在管道、泵、阀门等设备中的流动情况，并评估流体力学性能和热传输特性，以优化设计方案。
6. 材料库（Material Library）Solidworks Simulation提供了一个内置的材料库，其中包含了各种材料的力学和热学性质。
材料科学中的材料模拟与计算
材料科学中的材料模拟与计算材料模拟与计算是现代材料科学研究中不可或缺的工具。
它是通过数字技术对材料的结构和性能进行预测和优化，从而指导实验设计，提高研究效率和成果质量的一种方法。
材料模拟和计算的方法和技术已成为当今材料科学的前沿研究方法之一。
一、材料模拟与计算的意义材料模拟与计算是当今材料科学中研究最热门、最活跃和最重要的研究方向之一。
该方法的提出和发展，使材料科学家和工程师能够更好地了解和预测材料的性能，发现新的材料，开发新的材料制备工艺，推动材料科学事业的发展。
同时，这种形式的研究能够避免材料试验中的危险，减少高成本的实验，缩短研究周期，提高实验效率。
二、材料模拟与计算的方法材料模拟与计算的方法主要包括分子模拟、经典模拟和量子模拟三种类型。
其中，分子模拟是材料科学中最常用的模拟和计算方法之一。
它将分子的物理化学性质转化为计算机程序的形式，通过模拟分子之间相互作用的过程，探索分子的结构、动力学和热力学等性质。
经典模拟是经典力学的应用，它将物质看作一组粒子，并通过力学方程来描述物质的运动和物理行为。
量子模拟则是模拟和计算原子和分子的行为，使用量子力学的规律来描述物质的性质。
三、材料模拟与计算在不同领域的应用材料模拟与计算在纳米科技、材料设计、材料制备等领域都有广泛的应用。
在材料科学中，研究人员可以使用计算机来模拟材料的电学、磁学、力学、光学等性质，同时考虑材料内部结构参数、化学成分等不同因素，预测和优化材料的性能和结构。
这种方法可以大大加速研究速度，为科学研究提供支持，并且减少了实验成本和危险性，也为材料的革命性的设计和发现创造了条件。
材料模拟与计算还可以广泛应用于新材料设计和晶体工程，通过我们看得见触碰不到的虚拟现实，为我们发掘新材料的潜力提供了很多机会。
四、材料模拟与计算的前景随着计算机的发展和计算技术的不断进步，材料模拟和计算方法将逐渐成为材料科学研究的核心方法之一。
研究人员将能够更准确地预测材料的性能和构造，并帮助开发出更加高效、功能性更强、更坚固、更轻便的材料。
FLUENT-6-计算模拟过程方法及步骤
FLUENT 12 模拟步骤Problem Setup读入网格：file read case 选择网格文件（后缀为。
Mesh）1 General1）Mesh（网格）> Check（点击查看网格的大致情况，如有无负体积等）Maximum volume (m3)（最大体积，不能为负）Minimum volume (m3)（最小体积，不能为负）Total volume (m3)（总体体积，不能为负）> Report Quality（点击报告网格质量）Maximum cell squish（最大单元压扁，如果该值等于1，表示得到了很坏的单元）Maximum cell skewness（最大单元扭曲，该值在0到1之间，0表示最好，1表示最坏）Maximum aspect ratio（最大长宽比，1表示最好）> Scale（点击缩放网格尺寸，FLUENT默认的单位是米）Mesh Was Create In（点选mm →点击Scale按钮且只能点击一次）View Length Unit In（点选mm →直接点击Close按钮不能再点击Scale按钮）> Display（点击显示网格设定）→弹出Mesh Colors窗口Options（选Edges和Faces）Edge Type（点选All）Surface（点选曲面）→点击Display按钮点击Colors按钮→弹出Mesh Display窗口Options（点选Color by ID）→点击Close按钮→再点击Display按钮2）Solver（求解器）> Pressure-Based（压力基，压力可变，用于低速不可压缩流动）> Density-Based（密度基，密度可变，用于高速可压缩流动）3）Velocity Formulation（速度格式）> Absolute（绝对速度）> Relative（相对速度）4）Time（时间）> Steady（稳态）> Transient（瞬态）5）Units（点击设置变量单位）点击按钮→弹出Set Units窗口→在Quantities项里点选pressure →在Units项里点选atm →点击New按钮→点击OK按钮→点击Close按钮2 Models（物理模型）1）Multiphase（多相流模型）2）Energy（能量方程，一般要双击勾选）3）Viscous（粘性模型，一般选k-ε模型，所有参数保持默认设置）4）Radiation（辐射模型）5）Heat Exchanger（传热模型）6）Species（组分模型）7）Discrete Phase（离散相模型）8）Solidification & Melting（凝固与融化模型）9）Acoustics（声学模型，一般选择Broadband Noise Source模型，所有参数保持默认设置）3 Materials（定义材料）1）点击FLUENT Database →在FLUENT Fluid Materials里选择所需要的物质→点击Copy按钮→点击Close按钮→再点击Change/Create按钮2）点击User-Defined Database →选定写好的自定义文件→点击OK按钮3）自定义材料物性参数：在Name文本框中输入自定义材料名字gas →Chemical Formula文本框删除为空→修改Properties中各参数的值→点击Change/Create按钮→弹出Change/Create mixture and Overwrite air对话框→点击NO按钮→点击Close按钮4 Phases（相）5 Cell Zone Conditions（单元区域条件）点击Edit按钮→在Material Name项的下拉列表中选择gas（工作介质）→点击OK按钮6 Boundary Conditions（边界条件）1）Pressure-Inlet（压力进口）> Momentum（动量）Reference Frame（参考系）Gauge Total Pressure（总表压）Supersonic/Initial Gauge Pressure（初始表压或静压，一般比总表压小500Pa左右，或设为出口表压）Direction Specification Method（进口流动方向指定方法，Normal to Boundary垂直边界）Turbulence > Specification Method（湍流指定方法，Intensity and Hydraulic Diameter）Turbulent Intensity（湍流强度，一般为1）Hydraulic Diameter（水力半径，一般为管内径）> Thermal（热量）Total Temperature（总温）> Species（组分）2）Pressure -Outlet（压力出口）> Momentum（动量）Gauge Pressure（表压）Backflow Direction Specification Method（回流方向指定方法）Radial Equilibrium Pressure Distribution（径向平衡压力分布）Target Mass Flow Rate（目标质量流率）Non-Reflecting Boundary（非反射边界）Turbulence > Specification Method（湍流指定方法，点选Intensity and Hydraulic Diameter）Backflow Turbulent Intensity（回流湍流强度，一般为1）Backflow Hydraulic Diameter（回流水力半径，一般为管内径）> Thermal（热量）Backflow Total Temperature（回流总温）> Species（组分）7 Mesh Interfaces（分界面网格）8 Reference Values（参考值）9 Adapt（自适应）Adapt →Gradient（压力梯度自适应）> Options（显示选项）Refine（加密，勾选）Coarsen（粗糙，勾选）Normalize（正规化）> Method（方法）Curvature（曲率）Gradient（梯度，勾选）Iso-Value（等值）> Gradient of（梯度变量）Pressure（压力，点选）Static pressure（静压，点选）> Normalization（正常化）Standard（标准）Scale（可缩放，勾选）Normalize（使正常化）> Coarsen Threshold（粗糙比，0.3）> Refine Threshold（细化比，0.7）> Dynamic（动态）Dynamic（动态，勾选）Interval（每隔几次迭代自适应一次）→点击Mark按钮→点击Adapt按钮→（点击Compute按钮）→点击Apply按钮Solution1 Solution Methods（求解方法）1）Formulation（求解格式，默认为隐式Implicit）2）Flux Type（通量类型，默认为Roe-FDS）3）Gradient（求解格式，默认为Least Squares Cell Based）4）Flow（流动，点选二阶迎风格式Second Order Upwind）5）Turbulent Kinetic Energy（湍动能，点选二阶迎风格式Second Order Upwind）6）Turbulent Dissipation Rate（湍流耗散率，点选二阶迎风格式Second Order Upwind）2 Solution Controls1）Courant Number（库朗数，控制时间步长，瞬态计算才需要设置）2）Un-Relaxation Factors（欠松弛因子）> Turbulent Kinetic Energy（湍动能，默认为0.8）> Turbulent Dissipation Rate（湍流耗散率，默认为0.8）> Turbulent Viscosity（湍流粘度，默认为1）3）Equations（点击弹出控制方程）> Turbulence（湍流方程）> Flow（流动方程= 连续方程+ 动量方程+ 能量方程）4）Limits（点击弹出限制窗口）对某些变量使用限制值，如果计算的某个变量值小于最小限制值，则求解器就会用相应的极限取代计算值。
材料科学相关软件
材料科学相关软件材料科学是一门研究材料的结构、性能、制备和应用的学科，涉及到多个学科领域的知识，包括物理学、化学、力学等。
随着计算机技术的发展，材料科学领域也出现了许多相关的软件，可以帮助研究人员进行模拟计算、数据分析、材料设计等工作。
下面将介绍一些在材料科学领域中常用的软件。
1. VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package）：VASP是一款基于第一性原理的材料建模和计算软件，能够模拟材料的电子结构和物理性质。
它可以计算能带结构、电子密度分布、弹性常数、电荷密度等，并具有高精度和高效率。
2. Materials Studio：Materials Studio是一款材料建模和分子动力学仿真软件套件，由Accelrys公司开发。
它提供了一系列的计算模块，可用于材料性质预测、材料设计和材料优化。
它覆盖了多个领域，包括分子模拟、晶体学、表面分析和药物发现等。
3. COMSOL Multiphysics：COMSOL Multiphysics是一款多物理场模拟软件，可以用于模拟和分析材料的多个物理过程，如热传导、电子迁移、流体流动等。
它在材料科学中的应用广泛，可以帮助研究人员解决材料设计和优化中的问题。
4. Abaqus：Abaqus是一款有限元分析软件，由达索系统公司开发。
它可以对材料的力学性能进行模拟和分析，包括应力、应变、变形等。
在材料科学中，Abaqus常被用于材料的强度分析、疲劳分析和动力学仿真等。
5. Quantum ESPRESSO：Quantum ESPRESSO是一款基于第一性原理的开源程序套件，用于计算材料的电子结构和材料性质。
它以计算效率和准确性出名，并且具有多种计算方法和功能模块，可以用于计算能带结构、密度泛函理论、分子动力学模拟等。
6. Origin：Origin是一款用于科学数据分析和可视化的软件，由OriginLab公司开发。
它提供了丰富的数据处理和分析工具，包括统计分析、曲线拟合、多维数据绘图等。
材料模拟与计算(中文版)
材料模拟与计算课程代码：83071000课程名称：材料模拟与计算英文名称：Materials Simulation and Calculation学分： 4 开课学期：第10学期授课对象：应用物理专业本科学生先修课程：量子力学，固体物理，热力学统计物理课程主任：吴爱玲，副教授，博士课程简介：《材料模拟与计算》课程是物理学和材料物理学等专业的专业方向课程。
该课程主要讲授材料模拟的物理化学基础——量子化学基本原理及应用，密度泛函理论方法，分子力学和分子动力学方法，以及材料模拟常见软件简介等内容。
通过本课程的学习，要求学生掌握材料设计的基本原理和计算模拟的基本方法以及常见模拟软件的使用，从而使学生从计算模拟的角度加深对材料和凝聚态物质的结构与物性的认识。
课程考核：课程最终成绩=平时成绩*30%+期末论文成绩*70%；平时成绩由出勤率、作业的完成情况决定；期末考试采取论文形式。
指定教材：无合适的教科书参考书目：[1] 《量子化学基本原理和从头计算法》（中），徐光宪，黎乐民，王德民，北京:科学出版社，2003；[2] 《现代材料计算与设计教程》，吴兴惠，项金钟，北京:电子工业出版社，2002。
[3] 《分子模拟的理论与实践》，陈正隆，徐为人, 汤立达，北京:化学工业出版社，2007。
[4] 《量子化学计算方法与应用》，林梦海，北京:科学出版社，2004。
[5] 《Molecular Modeling Principles and Applications》(分子模拟的原理与应用)，A. R. Leach ,（第二版），北京:兴国图书出版社，2003。
[6]《计算材料学》，[德]D.罗伯编著，项金钟，吴兴惠译，北京:化学工业出版社，2002。
第6章--Simulation有限元分析【可编辑全文】
可编辑修改精选全文完整版目录第六章 Simulation有限元分析 (2)6.1 Simulation基础知识 (2)6.1.1 有限元法概述 (2)6.1.2 Simulation概述 (2)6.1.3 Simulation使用指导 (4)6.1.4 Simulation有限元分析的一般步骤 (8)6.2 SimulationXPress应力分析 (10)6.3 Simulation结构有限元分析 (16)6.3.1 轴静态分析 (16)6.3.2 夹钳装配体静态分析 (36)6.4 Simulation优化分析 (50)6.4.1 优化设计概述 (50)6.4.2 优化设计基础知识 (51)6.4.3 轴的优化分析 (51)6.5 小结 (59)第六章 Simulation有限元分析在制造业中，为了缩短产品设计周期，提高产品质量，广泛采用计算机辅助工程（Computer Aided Engineering,CAE），机械设计已逐渐实现了由静态、线性分析向动态、非线性分析的过渡，由经验类比向最优设计的过渡。
CAE在产品开发研制中显示出了无与伦比的优越性，使其成为现代企业在日趋激烈的竞争中取胜的一个重要条件，因而越来越受到科技界和工程界的重视。
在CAE技术中，有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是应用最为广泛、最为成功的一种数值分析方法。
SolidWorks Simulation即是一款基于有限元（即FEA数值）技术的分析软件，通过与SolidWorks的无缝集成，在工程实践中发挥了愈来愈大的作用。
6.1 Simulation基础知识6.1.1 有限元法概述有限元法（Finite Element Method，FEM）是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。
有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
材料模拟在计算机中使用的软件
材料模拟在计算机中使用的软件材料模拟简介首先，材料模拟是在传统材料设计的基础上发展起来的一种技术。
传统的材料设计是根据材料的性质和成分，通过理论计算推断出目标材料的结构，然后通过实验进行合成。
这样的研究是最基础、最脚踏实地的工作，但世界上有太多未知的结构和功能。
每次通过实际实验都会浪费大量的资金和时间，大大增加了研究周期。
因此，今天，随着计算机的发展，智能祖先根据分子理论设计了一系列分子模拟软件。
在这些软件中输入你设计的结构，软件将返回结构的能量和属性。
模拟的原理和作用目前，用于材料模拟的软件很多，但其工作过程总体上具有很大的通用性。
换言之，他们使用计算机根据分子动力学、量子力学和其他基本科学理论的原理来计算材料结构的性质。
其工作过程大致如下：（一）根据输入计算机的结构计算结构中的能量能量大致分为如下几个部分：（二）根据量子力学和分子动力学原理，分别计算了电子波函数和核能动能等性质。
（三）计算得到的波函数和能量可以用来反映材料的性质如下图所示，能量和波函数可以分别用于不同方向的研究：软件介绍用于材料模拟的软件大致有：materialsstudio、vasp、gaussian、namd、lammps、nano-scaledevicesimulation、materialsexplorer、atomistixtoolkit、virtualnanolab……….这些软件的一般功能如下：1 materialsstudio专门为材料科学模拟所设计，能方便的建立3d分子模型，深入分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物，可以在催化剂、聚合物、固体化学、结晶学、晶粉衍射以及材料特性等材料科学研究领域进行性质预测、聚合物建模和x射线衍射模拟，操作灵活方便，并且最大限度地运用网络资源。
该软件包含许多工具包，可以实现许多功能。
其工具包（模块）大致如下：上述每个方框是一个模块，用于一个方向的分析；方框中的每一个项目是一种组件，代表了一种计算模拟方法，实际中根据模拟的目的和需要选择模块和组件。
材料计算与模拟
当argv是数值或数值表达式时，flagv取：
‘d’; ‘e’; ‘f’; ‘r’。
argv是字符时，flagv可取一下限定选项：
‘positive’ 限定argv为正、实符号变量；
‘real’
限定argv为实符号变量；
‘unreal’
argv为非实符号变量。
1.7.1 因式分解(Factor)
例：分解一个代数式f(x)=x3+3x2+3x+1
着色模式：
shading flat shading interp shading faceted
三维图形：
举例:plot3() clear clc z=0:0.1:4*pi; x=cos(z); y=sin(z); plot3(x,y,z)
三维图形：
举例:surf() t=0:pi/10:2*pi; [X,Y,Z]=cylinder(2+sin(t)); surf(X,Y,Z) axis square
f2(x,y)
％调用内联函数
1.4 Matlab 数组
1.4.1 一维数组
创建: x = [1, 2, 3] 访问: x(3)
1.4.2 两维数组
创建: x = [1, 2, 3; 4, 5, 6] 访问: x(2,2)
1.4.3 数组操作
1数组的创建：ones 0 数组的创建：zeros 插入行或列 重新排列 删除某行或列 用单个下标操作一个矩阵
整理成x的多项式：
专用软件：
Cerius 2; Materials Studio Gaussian03
材料计算
第一章 Matlab 基本操作及应用 第二章 材料计算示例
常规数值计算 计算机模拟基础 (Monte Carlo法)
JMatPro软件介绍
JMatPro介绍及应用实例
一、软件简介 二、软件功能 三、计算原理与准确性讨论 四、软件应用范围、特点与发展展望
上海市徐汇区凯旋路3500号华苑大厦2号楼11层A座 (200030) Tel:021-64391516 Fax:021-64391506 info@
Sente Software公司是Thermotech的姊妹公司，成立于2001年，专门负责 JMatPro的商业化运行。现在公司通过发展其强大的界面绘图功能增 加了JMatPro科学绘图能力。
获取更多介绍：
上海市徐汇区凯旋路3500号华苑大厦2号楼11层A座 (200030) Tel:021-64391516 Fax:021-64391506 info@
英国Thermotech Ltd成立于1990年，公司成立之初便开始致力于复杂工业材料的 计算机模拟计算。公司成立初期的核心业务是开发预测平衡与非平衡材料组 织的热力学数据库。经过十几年的发展，公司现在的研究重心已转换为开发 复杂合金的物理性能与机械性能的模拟计算。所有的研究结果现在是通过 JMatPro软件的开发来得以运用，而且JMatPro的研发已经获得了国际公司及 协会组织的资金支持。
上海市徐汇区凯旋路3500号华苑大厦2号楼11层A座 (200030) Tel:021-64391516 Fax:021-64391506 info@
Thermotech Ltd. And Sente Software Ltd
Thermotech Ltd. was started in 1990 and, from the outset, has been involved with computer modelling of complex materials used by Industry. Centered initially on the production of thermodynamic databases for the prediction of equilibrium and non-equilibrium structures, work now in progress is aimed at developing the capability to predict a wide range of physical and mechanical properties for complex alloys. This work has led to the development of a new software product JMatPro, the development of which has been funded by an international consortium of companies and institutions.
关于材料计算与模拟的内容
关于材料计算与模拟的内容材料计算与模拟作为材料科学研究的重要分支，在应用范围日益扩大。
它已经成为一个主要的行业，它可以帮助材料科学家设计、优化和预测材料性能。
材料计算与模拟具有多种形式，其中包括电子结构计算、化学性能计算、热物理性能计算、膜工程计算以及耦合多物理场计算等等。
材料计算与模拟的基本原理是采用数学和物理模型来描述材料的某些特性，并利用这些模型进行计算，模拟材料的行为。
它使科学家能够研究材料的结构、性质和性能，并能够准确预测材料在不同条件下的行为。
材料计算技术利用计算机模拟和模型分析来解决技术问题，指导材料科学家设计新材料。
在计算机模拟材料方面，有许多数值方法，其中包括分子动力学模拟、分子结构计算、粒子力学计算、光子力学计算以及量子力学计算等。
这些方法的应用可以帮助材料科学家了解材料的行为，从而指导材料的设计和制造。
例如，分子动力学模拟可以帮助研究者更好地理解材料的结构与性能的关系；粒子力学计算可以帮助研究者更好地预测材料的强度、韧性和硬度；光子力学计算可以帮助研究者更好地模拟光学性质；量子力学计算可以帮助研究者更好地模拟电子结构和光谱性质。
此外，材料计算技术还可以用于分析和优化复杂的材料结构等，以改善其物理性能。
例如，通过材料计算，研究者可以优化材料的晶体结构，从而得到更高的性能；也可以通过调整元素组成和晶体结构，以获得更好的金属及其他固体材料的性能；还可以通过模拟测试，改善材料的力学性能和热物理性能。
材料计算与模拟已经在材料科学领域发挥着重要作用，它可以帮助材料科学家设计出性能更好、功能更强的新型材料，为未来发展奠定基础。
综上所述，材料计算与模拟是材料科学研究的重要分支，它使科学家能够研究材料的结构、性质和性能，并能够准确预测材料在不同条件下的行为。
通过材料计算，可以改善材料的性能，从而让材料在未来发挥更大作用。
Materials_Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (1), 332收稿：2023-05-29；录用：2023-06-21；网络发表：2023-07-06*通讯作者，Email:*******************.cn•自学之友• doi: 10.3866/PKU.DXHX202305082 Materials Studio 软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用许真铭1,*，刘庆生2，陈江安31 南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016 2 江西理工大学材料冶金化学学部，江西 赣州 3410003 江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州 341000摘要：将Materials Studio 软件使用引入计算化学和计算材料学等课程教学，采取“计算理论方法讲解 + 计算软件实践操作科研案例”模式进行高效课程教学，实现科研反哺高质量教学。
让学生在软件实践操作中运用、巩固理论知识概念，实现理论方法水平和软件操作技能的双重提升。
同时使课程教学内容变得形象具体，激发学生对计算化学和计算材料学课程的学习兴趣，培养学生的科研思维和探索能力，实现教学支撑高水平科研。
关键词：计算模拟软件；结构建模；量子化学计算；第一性原理计算；分子动力学模拟；蒙特卡洛模拟 中图分类号：G64；O6Application of Materials Studio Software in the Course Teaching of Computational Chemistry and Computational Materials ScienceZhenming Xu 1,*, Qingsheng Liu 2, Jiangan Chen 31College of Materials Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China. 2 Faculty of Materials, Metallurgy and Chemistry, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi Province, China.3 School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi Province, China.Abstract: Introducing the Materials Studio software into the course teaching of computational theory, such as computational chemistry, computational materials science, and applying the mode of “computational theory explanation + practical operation of research case by computational software” can significantly improve the teaching efficiency, realizing scientific research feeding the high-quality teaching. Application of the Materials Studio software in the course teaching can make students to apply and consolidate the theoretical knowledge concepts in the practice operations of software, and improve students’ theoretical method level and software operation skill level. Meanwhile, it makes the teaching content more vivid and specific, stimulates students’ interest in the course teaching of computational chemistry and computational materials science, and cultivate students’ scientific research thinking and exploration ability, realizing teaching supporting the high-level scientific research.Key Words: Computational simulation software; Structural modeling; Quantum chemical calculation;First principle calculation; Molecular dynamics simulation; Monte carlo simulation1 引言立德树人是新时代高校教育的根本任务。
solidworks各种插件介绍 simulationXPress
solidworks各种插件介绍（转贴）SolidWorks 的插件与集成软件介绍很多初学者搞不清SolidWorks软件的各类插件的真实用途，这里做一些简要介绍，并不断更新中。
如果插件中有“与SolidWorks完全集成”则表明该插件已集合在SolidWorks软件中，一般用OFFICE PRO模式安装即可正常使用! 三维网技术论坛# e; }2 T& J% k; b7 {/ h 请注意，我也没有那么多插件，如果有需要且我也有的话我会提供相关信息的。
PhotoWorks 高级渲染软件与SolidWorks完全集成PhotoWorks软件用于产品真实效果的渲染，可产生高级的渲染效果图，该软件使用非常方便，设计人员可以利用渲染向导一步步完成零件或装配真实效果的渲染。
利用PhotoWorks可以进行以下几种渲染：1. 设置模型或表面的材质和纹理3 X9 c1 e: H* a2. 为零件表面贴图! }: f+ n8 c9 J, ]$ b3. 定义光源、反射度、透明度以及背景景象4. 利用现有的材质和纹理定义新材质或纹理5. 图像可以输出到屏幕或文件6. 可以进行实时渲染FeatureWorks 特征识别软件与SolidWorks完全集成大部分三维设计软件都提供了数据接口，利用数据接口可以读入标准格式的数据文件，如IGES、EA T等。
但输入到设计环境中的模型只是一种实体的模型，无法区分输入模型的特征，对模型的修改很不方便。
利用FeatureWorks可以在SolidWorks的零件文件中对输入的实体特征进行识别。
实体模型被识别为特征以后，在SolidWorks中以特征的形式存在，并和用SolidWorks软件生成的特征相同。
FeatureWorks对静态的转换文件进行智能化处理，获取有用的信息，减少了重建模型所花费的时间。
FeatureWorks最适合识别规则的机加工轮廓和钣金特征，其中包括拉伸、旋转、孔和拔模等特征。
材料的材料模拟和计算
材料的材料模拟和计算材料科学与工程是研究材料结构、性能和制备工艺的学科，其中材料模拟和计算是重要的研究手段之一。
通过模拟与计算，可以揭示材料的微观结构、宏观性能以及材料与环境之间的相互作用关系，对材料的设计与制备提供指导和支持。
1. 材料模拟材料模拟是指利用计算机技术模拟材料的结构与性能，常用的模拟方法有分子动力学模拟、量子化学计算、晶体学模拟等。
其中，分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律和分子力场模型的模拟方法，通过计算材料中原子或分子的运动轨迹和相互作用力，可以预测材料的热力学、力学、传输等性能。
量子化学计算则是利用量子力学原理计算材料体系的电子结构和物理性质，可以深入揭示材料的电子结构、光学性质以及反应机制。
而晶体学模拟则是研究晶体中原子、离子等的构型和间距，通过模拟晶体的结构、应力和畸变等信息，揭示晶体的生长机制、缺陷行为和力学特性。
2. 材料计算材料计算是基于大规模计算机的数值模拟方法，通过建立数学模型和计算算法，计算材料系统的结构、力学、电子结构等性质。
常用的材料计算方法有基于密度泛函理论的第一性原理计算、分子力学计算、有限元分析等。
基于第一性原理计算的方法是建立在量子力学理论的基础上，通过求解薛定谔方程中的电子运动，得到材料的电子结构、磁性、光学性质等重要信息。
而分子力学计算主要研究宏观尺寸的材料，通过描述粒子之间的相互作用能和构型能，计算材料的热力学和力学性能。
有限元分析则是一种常用的工程计算方法，通过将结构分割为有限个单元，建立边界条件和约束方程，计算材料在外力作用下的应力分布和变形。
3. 材料模拟与计算的应用材料模拟与计算在材料科学与工程中有广泛的应用。
首先，在材料设计与优化中，通过模拟与计算可以预测材料的性能和行为，指导新材料的开发和制备。
例如，在新型催化剂设计中，模拟和计算可以帮助寻找更高效、更稳定的催化剂，并预测其反应动力学。
其次，在材料性能评估中，通过模拟与计算可以深入理解材料性能的起源，并为材料改进提供方向。
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(1) Cerius2 – 4) 介观模拟方法
C2.DPD ( Dissipative Particle Dynamics ) -- 耗散粒子 动力学（DPD）是一种全新的介观模拟方法，用于 研究悬浮液、乳液及高分子熔体等复杂流体中的流 动现象。DPD方法预测流体的动力学行为，其基本 原理是用独立且相互作用的粒子模型代表流体中的 微滴（droplets）来实现牛顿流体力学的行为，从而 在更大的时间和空间尺度上模拟体系的行为和性质。
(1) Cerius2 – 3) 材料性质模拟计算工具
C2.Polymer Properties -- 分析聚合物结构模型，计算 回转半径、末端距、序参数、二面角分布、自由体 积、密度及Voronoi 体积等性质。
C2.Polymorph -- 根据分子的结构预测药物、染料、 精细化学品等有机晶体的多晶型结构。可预测化合 物的未知晶型，并可结合Rietveld结构精修方法确定 晶体结构。Polymorph使用快速的Monte Carlo模拟方 法，在合理的空间群范围内生成分子的可能堆积方 式，并最终找到能量最低的晶体构型。
(1) Cerius2 – 3) 材料性质模拟计算工具
C2.Mechanical Properties -- 预测材料力学性质的全面 的计算工具。通过计算任何类型材料的各种弹性模量， 可帮助研究人员设计新型的晶态及非晶态的聚合物、 陶瓷及半导体材料。
C2.Morphology -- 由内部晶体结构预测晶体生长外形， 有助于了解晶体生长外形与结构间的相关性及晶体生 长过程中溶剂和添加剂的影响
C2.Synthia -- Synthia用QSPR（定量结构/性质关系）统计相关 方法快速预测高分子的多种性质，因此可以对大量的高分子体 系进行快速筛选，以期得到具有某种特定性质的目标体系。 Synthia可以预测的性质包括电学、光学、磁学、力学和输运 性质，以及玻璃化转变温度（Tg）等。
(1) Cerius2 – 3) 材料性质模拟计算工具
(1) Cerius2 – 3) 材料性质模拟计算工具
C2.Blends -- 可预测液-液、高分子-高分子及高分子添加剂混合体系的相图及相互作用参数，可用于对影 响共混行为及配方的结构因子的研究。
C2.Conformers -- 提供分子结构的构象搜寻算法及相 关的分析工具。可表征分子的构象和柔性，并帮助研 究人员深入了解体系的空间及能量性质。
C2.Structure Predictor -- Structure Predictor 使用两种 不同的模拟退火方法，结合已知的晶体学和化学组 成的信息，可以分别对分子筛和金属氧化物的结构 进2.MesoDyn -- MesoDyn是预测软凝聚态材料（如高 分子共混物及溶液）介观结构的一种介观模拟方法。 与传统上使用平衡态理论确定软材料的形态不同， MesoDyn方法认为软凝聚态材料的形态是不规整的， 只能通过其动力学性质来表征。
(1) Cerius2 – 3) 材料性质模拟计算工具
C2.Sorption -- 使用Grand Canonical Monte Carlo(GCMC)预测分子在微孔固体（如分子筛）中 的吸附性质，可计算吸附等温线、结合位、结合能、 扩散途径及分子选择性等。
C2.Cation Locator -- Cation Locator使用基于格子的 算法确定无机物框架结构的势能极小值并确定在此 极小值下，骨架外阳离子所处位置（如确定分子筛 骨架结构中Ca离子的位置）。
(1) Cerius2 – 5) 量子力学计算程序
C2.CASTEP -- 先进的应用于材料科学的量子力学计算程序， 采用第一原理平面波赝势方法，可模拟固体、界面或表面的性 质，广泛适用于陶瓷、半导体及金属等体系，可研究：晶体材 料（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）的性质、表面和表面重 构的性质、表面化学、电子结构（能带和态密度）、晶体的光 学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷 （晶粒间界、位错）、体系的三维电荷密度及波函数等；还可 以进行第一原理的分子动力学计算。
PASS -- COMPASS是PCFF力场的最新版本， 是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和 经验数据经参数化并得到广泛验证的从头算力场，使 用COMPASS力场可以在很大的温度、压力范围内精 确地预测出孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、 构象、振动以及热物理性质。
(1) Cerius2 – 2) 能量计算工具
C2.Minimizer -- 利用Cerius2软件的OFF力场，根据分子力学的 计算结果预测能量最低的结构，有助于对分子、大分子、无定 形态、晶体及表面的结构和性质的深入了解。
(1) Cerius2 – 2) 能量计算工具
C2.Dynamics -- 运用分子力学研究结构驰豫及材料的 动力学行为。可计算的性质包括稳定性、扩散系数、 径向分布函数、结构因子及速率自相关函数。
计算机软件简介
Introduction to Computer Software
材料设计计算机软件简介 及应用示例
材料设计与模拟软件概述: 介绍材料模 拟设计中各种计算机软件
Accelrys Materials Studio： 介绍该材料 模拟软件的各种计算机模块及其功能
材料设计与模拟软件概述
C2.HP Morphology -- HP Morphology是用于预测盐 类及其溶剂化物的晶体生长外形的一种最新方法。
(1) Cerius2 – 3) 材料性质模拟计算工具
C2.RMMC -- RMMC使用RIS Metropolis Monte Carlo方法进行 高分子体系的模拟。通过对单链或多链结构的计算可预测包括 末端距、转动半径、相关长度、偶极矩、特性粘度及临界摩尔 质量等在内的各种性质。
(1) Cerius2 – 2) 能量计算工具
C2.OFF(Open Force Field) -- 提供Cerius2软件中性质预测模块所 需的分子力场。软件提供了全面的力场数据库，适用的材料体 系包括无机物、高分子、分子筛、有机金属化合物以及其他材 料类型。
C2.FFE (Force Field Editor) -- 用户可采用力场数据库中的标准力 场或自定义力场参数。也可采用文献中的力场参数来解决用户 自己的问题，并发展和验证已有的力场参数。
1） 核心模块及图形界面 2） 能量计算工具 3） 材料性质模拟计算工具 4） 介观模拟方法 5） 量子力学计算程序 6） 实验数据解析工具 7） 统计相关方法 8） 软件开发工具
(1) Cerius2 – 简介
2.生命科学软件功能简介
众所周知，合理药物设计能够帮助医药研究机构加快药物 发现的过程。美国Accelrys公司的药物设计软件，针对不同的研 究状况，提供相应的解决方案：无论是在受体蛋白结构已知的 情况下，还是在只了解部分有机小分子的情况下，都能够针对 治疗目标，提供有效信息。这里介绍的Cerius2药物软件包，能 够针对配体结构已知/未知、受体结构已知/未知、应用组合化学 方法等几种情况，开始先导化合物的设计与优化。
(1) Cerius2 – 3) 材料性质模拟计算工具
C2.GULP -- GULP是广泛使用的、以力场为基础的 晶格模拟程序，可优化晶体的结构、预测离子极化 性、进行缺陷能量计算及分子动力学模拟。GULP 可模拟下述体系或过程的性质：氧化物；点缺陷、 杂质和空位；表面；离子迁移；分子筛和其他微孔 材料的反应性与结构；粘土中的离子；陶瓷；无序 结构等。
Cerius2, Materials Studio, InsightII, Discovery Studio Modeling, Catalyst, Felix, QUANTA, Tsar, Topkat, GCG, Crystal Studio, ChemOffice…
Matlab, Origin, MathCAD, Nestch Peak Separation, MDI Jade 5.0
workstations Accord: cheminformatics suites
On-line Information:
(1) Cerius2 – 简介
1.材料科学软件功能简介
Accelrys Cerius2软件运行于SGI IRIX工作站系统上，是 Accelrys产品线中用于材料计算的主要平台之一，有十多年的产 品开发历史，不仅界面友好易用，而且集成了全面的材料计算 工具，包括分子力学、分子动力学、量子力学、Monte Carlo、 统计力学以及介观动力学等多种计算方法。
1） 分子模型构建与显示 2） 分子力学与动力学计算工具 3） 合理药物设计-QSAR和基于结构的药物设计 4） 组合化学
(1) Cerius2 – 1）核心模块及图形界面
C2.Visualizer -- 软件核心模块及图形用户界面。Visualizer模块 为构造、编辑、显示、分析三维分子结构模型提供了全面的模 拟环境。结构模型构造工具
(1) Cerius2 – 1) 核心模块及图形界面
C2.Polymer Builder -- 用于建造、显示高聚物的结构。 系统提供了极丰富的单体数据库，用户亦可以自定义 新的单体。可帮助研究人员了解和表征聚合物的结构。
C2.Amorphous Builder -- 建造无定形分子结构，包括 高分子本体和高分子溶液的结构模型。结合模拟和分 析工具，为深入了解无定形结构与性质之间的关系提 供了强有力的工具。
(1) Cerius2 – 5) 量子力学计算程序
C2.ESOCS -- 计算固体的电子及磁学性质。可有效 地计算缺陷的电子结构、材料的吸收和反射光谱以 及磁性。ESOCS可广泛应用于金属、合金及染料工 业，也可用于磁记录工业中使用的磁性材料的优化 设计。
C2.Crystal Builder -- 用于建造及显示无机、高分子及分子晶体 的结构模型，为进一步的结构研究及性质模拟提供基础