计算材料学-上海交通大学-材料科学与工程学院

*课程简介 （Description）
课程教学大纲（course syllabus） 1．掌握物理、化学的基础理论知识 (A5.1) 2．掌握从事材料类工程工作所必须的专业基础知识 (A5.3) 3. 具备工程师所必需的实验设计和研究能力 (A5.4) 4. 具备运用所学知识来分析解决实际问题的能力 (B2) 5. 具有创新意识, 掌握综合运用理论和技术手段进行创新设计的方法 (C4)
*学习目标 (Learning Outcomes)
教学内容 概论 分子动力学方法 分子动力学实验 有限元方法 有限元实验 材料数据与基因 材料数据与基因
学时 2 10 8 12 8 6 2
教学方式 课堂 课堂 实验 课堂 实验 课堂 实验
作业及要求
基本要求
考查方式 随堂测试
基本概念、 方法及理论 独立完成实验、 提交实验报告 基本概念、 方法及理论 独立完成实验、 提交实验报告 基本概念、 方法及理论 独立完成实验、 提交实验报告
MT309
48 计算材料学
3
Computational Materials Science
材料科学与工程学院 材料科学基础，材料热力学，统计物理，固体物理 金朝晖，张澜庭，顾剑锋，韩 先洪，孙锋 课程网址 (Course Webpage)
*课程简介 （Description）
课程分为四大知识模块，以及各自配套的实验，总共 48 学时：

教学 重点 教学 理论 第三模块 材料数据 与基因 实验 目的 教学 重点 教学 目的 教学 重点 第四模块 蒙特卡洛 （选修） 理论 教学 目的 教学 重点
典型有限元软件的使用，有限元软件模拟流程，网格划分， 边界条件的施加，分析参数的设定，模拟结果分析 让学生充分了解当前材料研发的数字及信息化特点，理解 材料基因组研发思路，掌握数据获取及筛选的基本手段 材料数子化、 信息化特点， 材料基因组研发， 材料数据快速 获取手段和技术 通过案例，启发思路，开拓视野 （1） 材料相图的高通量构建； （2） 高通量计算与数据库 （3） 数据挖掘与材料筛选 让学生理解蒙特卡洛方法的历史发展、 优缺点、 当前研究方 向以及应用在材料科学研究中的应用 随机现象，马尔可夫链，简单抽样和重点抽样，Metropolis 算法， 随机方法解决确定性问题， 以及蒙特卡罗方法在材料 科研中的应用 8 学时 2 学时 8 学时
计算材料学是连接材料理论与实验的桥梁， 是现代材料研发的重要手段。 材料集成计算、 材 料数字化及信息化，使材料设计更具方向性和前瞻性，能推动原始创新，提高研发效率。本 课程从微观粒子（原子、电子）到宏观连续体尺度，基于分子动力学及有限元，重点讲授计 算材料学基本概念和方法。内容涵盖数值模拟，数据处理，统计分析，数据可视化等相关技 术和软件。通过培养学生计算技能，加深他们对材料的认知与理解，提升其专业水准。 Computational Materials Science is an undergraduate course of Shanghai Jiao Tong University. This course covers theory and application of multiscale computational methods to model, understand and predict the properties of materials. The course is designed to provide students with a broad view of the entire field of computational materials science and in particular, focusing on molecular dynamics, mesoscale modeling, finite-element methods and materials informatics. In addition to lectures, students are expected to accomplish hands-on experiments with various computational tools.
随堂测试 实验报告 评估 随堂测试 实验报告 评估 随堂测试 实验报告 评估
*教学内容、进 度安排及要求 (Class Schedule & Requirements)
教学 概论 目的 教学 重点 教学 理论 第一模块 分子动力 学 实验 目的 教学 重点 教学 目的 教学 重点 教学 理论 第二模块 有限元 实验 目的 教学 重点 教学 目的 计算材料学引论 材料组织结构性能，时间、空间尺度，多尺度模拟，建模与 计算，材料数据与材料基因 深入理解分子动力学基本原理 分子动力学， 原子相互作用势模型， 热力学统计， 周期性边 界条件，原子尺度材料建模 结合经典材料问题，让学生掌握分子动力学模拟基本技能， 熟悉可视化软件及其应用 上机实验： （1） 晶格常数与体弹模量； （2） 空位与间隙原子； （3）晶格位错； （4）表面与界面； （5）材料相变（选做） 掌握有限元方法的基本原理， 杆系有限元法， 弹性力学平面 问题的有限元法，稳态传热的有限元法 偏微分方程及其求解， 单元刚度矩阵， 边界条件处理， 整体 刚度矩阵及求解 结合 ABAQUS 等有限元软件，掌握有限元模拟分析的基本 操作和流程， 掌握并实施桁架结构分析、 两维弹性应力场和 温度场的具体算例的有限元分析 6 学时 12 学时 8 学时 10 学时 2 学时
《计算材料学》课程教学大纲
课程基本信息（Course Information） 课程代码 （Course Code） *课程名称 （Course Name） 课程性质 (Course Type) 授课语言 (Language of Instruction) *开课院系 （School） 先修课程 （Prerequisite） 授课教师 （Teacher） 双语 *学时 （Credit Hours） *学分 （Credits）