多尺度材料设计理论

模拟方法 Metropolis MC 集团变分法 Ising模型
Bragg-Williams-Gorsky模型 热力学系统 分子场近似 分子动力学 从头计算分子动力学 热力学系统 晶格缺陷与动力学特征 晶格缺陷与动力学特征
概论
空间尺度/m 10-10-100 10-7-10-2 10-7-10-2 10-7-10-2 10-9-10-4 10-9-10-5 10-9-10-5
有限元
Tailor-Bishop-Hill模型等 集团模型
渗流模型
概论
量子力学
材料设计的理论基础
H =
∑
p i
h 1 2 − ∇p + 2M p 8πε 0 h 1 2 − ∇i + 2m 8πε 0
2
2
∑
p ,q '
'
Z e R p − Rq
2
2
2
+∑ − 1
∑
i, j
e ri − r j
4πε 0
∑
i, p
Z e2 ri − R p
概论
材料设计的理论基础
多尺度材料设计理论
Materials Research by Means of Multiscale Computer Simulation
Qing-Yu Zhang
State Key Laboratory for Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams
制备 材料试样 观测 组织结构 改 进 特 性 试用 可 否 测试
系 统 设 计
材 料 设 计
评
价
概论
10 10 10
3 0
材料设计的范畴与层次
连续介质力学 结 构 动力学 缺 陷 动力学 分 子 动力学 量子力学
-3
Time / s
10 10 10 10
-6
-9
-12
-15
10
-12
10
-9
多态动力学波茨模型
概论
空间尺度/m 10-5-100 10-6-100 10-6-100 10-8-100 10-10-100
材料设计的范畴与层次
模拟方法
有限元、有限差分、线性迭代
典型应用 宏观尺度场方程的平均解 微结构力学性质、凝固 弹性、塑性、晶体滑移 多晶体弹性 成核、相变、断裂、塑性
10
-6
10
-3
10
0
10
3
Length / m
概论
空间尺度/m 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-12-10-8
材料设计的范畴与层次
典型应用 热力学、扩散及有序化系统 热力学系统 磁性系统
《90年代的材料科学与工程》
概论
材料设计在材料研究中的地位
973重大基础研究计划 973重大基础研究计划 863高技术研究计划 863高技术研究计划 自然科学基金重大基础研究 材料微观结构设计与性能预测研究专题
概论
原 料
wenku.baidu.com
材料设计的范畴与层次
微 观 组 织 结 构 设 计 制 备 方 法 设 计
材料设计的范畴与层次
典型应用 再结晶、生长、相变、流体 断裂力学 成核、结晶、疲劳 结晶、生长、织构、凝固 塑性、微结构、位错分布 扩散、晶界、晶粒粗化 结晶、生长、相变、织构
模拟方法 元胞自动机 弹簧模型
顶点模型、拓扑网络模型、晶 界动力学 几何模型、拓扑模型、组分模 型
位错动力学
动力学金兹堡-朗道型相场模型
概论
材料设计在材料研究中的地位
美国国家科学研究委员会（ 美国国家科学研究委员会（1995） ） 材料设计（ 材料设计（materials by design）一词正在 ） 变为现实， 变为现实，它意味着在材料研制与应用过程中 理论的份量不断增长， 理论的份量不断增长，研究者今天已经处在应 用理论和计算来设计材料的初期阶段。 用理论和计算来设计材料的初期阶段。
《材料科学的计算与理论技术》
概论
材料设计在材料研究中的地位
美国若干专业委员会（ 美国若干专业委员会（1989） ） 现代理论和计算机的进步， 现代理论和计算机的进步 ， 使得材料科学 与工程的性质正在发生变化。 与工程的性质正在发生变化。材料的计算机分 析与模型化的进展， 析与模型化的进展，将使材料科学从定性描述 逐渐进入定量描述阶段。 逐渐进入定量描述阶段。