材料多尺度模拟与性能优化

📚 共计 30 章节

多尺度模拟的定义与意义 · 材料性能优化的核心挑战 · 课程整体框架与学习路径

材料科学基础回顾

晶体结构、缺陷与相变 · 力学与热学性能的微观起源

量子力学基础

薛定谔方程 · 波函数与能带 · 密度泛函理论(DFT)简介

第一性原理计算(上)

DFT原理详解 · 交换关联泛函 · 平面波与赝势方法

第一性原理计算(下)

VASP/Quantum ESPRESSO实战 · 结构优化与弹性常数计算

分子动力学基础

牛顿方程与积分算法 · 势函数与力场 · 系综理论(NVE/NVT/NPT)

分子动力学实战

LAMMPS/MDL初始化 · 能量最小化 · 弛豫与生产模拟

分子动力学进阶

热力学性质计算 · 径向分布函数(RDF) · 均方位移(MSD)与扩散系数

粗粒化方法

粗粒化原理 · MARTINI力场 · 逆向蒙特卡洛方法

粗粒化MARTINI

蒙特卡洛方法

Metropolis算法 · Ising模型 · 晶格气体模型

有限元方法基础

弹性力学方程 · 单元类型与形函数 · 刚度矩阵组装

有限元实战

Abaqus/ANSYS几何建模 · 网格划分 · 边界条件与求解

位错动力学

位错理论 · Peierls应力 · 离散位错动力学(DDD)模拟

相场模型原理 · Cahn-Hilliard方程 · Allen-Cahn方程

晶体塑性有限元

滑移系 · 硬化法则 · CPFEM实现

多尺度耦合策略

层级耦合与并发耦合 · Handshaking方法 · 桥接尺度法

二阶均匀化理论 · 微观RVE与宏观高斯点耦合

多尺度信息传递

参数传递 · 边界条件传递 · 数据驱动方法

数据驱动传递

机器学习在材料模拟中的应用

代理模型 · 势函数拟合 · 材料基因组

材料性能优化基础

优化问题定义 · 灵敏度分析 · 梯度下降与遗传算法

变密度法 · SIMP方法 · 制造约束

多目标优化

Pareto前沿 · NSGA-II算法 · 权衡分析

贝叶斯优化

高斯过程回归 · 采集函数 · 实验设计

材料数据库与高通量计算

Materials Project · AFLOW · 高通量筛选流程

数据库高通量

集成计算材料工程(ICME)

ICME框架 · 数据流 · 工业应用案例

案例1：高强铝合金

多尺度模拟与时效优化

铝合金案例

案例2：锂离子电池电极材料

离子输运与结构优化

锂电池输运

案例3：高温合金蠕变

多尺度预测

高温合金蠕变

案例4：复合材料界面

界面设计与力学性能优化

复合材料界面

课程总结与前沿展望

多尺度模拟的瓶颈 · AI for Science · 数字孪生

前沿数字孪生