应用材料模拟技术

本书围绕材料模拟技术展开系统论述。编写意图在于为材料科学领域提供全面、系统的参考，助力研究者、工程师及学生深入理解并运用该技术。本书内容涵盖材料模拟技术的基本原理、数值方法、软件工具，详细介绍从原子到宏观尺度的模拟方法及 VASP、Materials Studio 等多种软件，并深入探讨功能材料、高分子材料、建筑材料等领域的模拟应用，展示实际案例，并展望了多尺度计算融合、人工智能应用等未来发展方向。本书注重理论与实践结合，既有基础理论讲解，又有丰富的应用实例，推动从传统 “试错法” 向精准计算设计转变。本书适合材料科学研究者、工程师及相关专业学生阅读，可作为其学习材料模拟技术、开展科研工作和工程实践的参考书籍。

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第1章 绪论001

第2章 材料模拟的数值方法004
2.1 第一性原理计算方法004
2.2 分子动力学方法007
2.3 蒙特卡罗方法014
2.4 有限元方法016

第3章 材料模拟的软件与工具020
3.1 VASP 022
3.1.1 VASP 软件的理论基础022
3.1.2 VASP 软件的应用领域023
3.1.3 VASP 软件的特色功能与技术优势024
3.1.4 VASP 软件界面展示025
3.1.5 操作流程026
3.2 Materials Studio 027
3.2.1 MS 软件的应用领域027
3.2.2 Materials Studio 软件的特色功能与技术优势029
3.3 Gaussian 031
3.3.1 Gaussian 软件的应用领域031
3.3.2 Gaussian 软件的特色功能与技术优势032
3.3.3 Gaussian 软件的界面033
3.4 ANSYS 034
3.4.1 Ansys 的主要核心模块035
3.4.2 Ansys 的应用领域036
3.4.3 Ansys 的技术优势038
3.5 ABAQUS 039
3.5.1 ABAQUS 软件的功能模块040
3.5.2 ABAQUS 软件的应用领域040
3.5.3 ABAQUS 软件未来的发展趋势041

第4章 功能材料的模拟043
4.1 能源材料-氢能044
4.1.1 金属氢化物储氢模拟046
4.1.2 配位氢化物储氢模拟050
4.1.3 碳基纳米储氢模拟053
4.1.4 有机液体储氢模拟057
4.2 磁性材料059
4.3 极端环境材料062
4.3.1 高温合金的模拟062
4.3.2 高熵合金的模拟065

第5章 高分子材料的模拟070
5.1 橡胶071
5.1.1 橡胶分类及特性072
5.1.2 橡胶的模拟方法075
5.1.3 橡胶模拟的典型应用案例079
5.2 塑料080
5.2.1 塑料的组成成分与物理性能081
5.2.2 塑料的模拟方法084
5.2.3 塑料模拟的典型应用案例086

第6章 建筑材料的模拟089
6.1 混凝土089
6.1.1 混凝土的组成及特性090
6.1.2 混凝土的模拟方法097
6.1.3 混凝土模拟的典型应用案例100
6.2 钢材102
6.2.1 钢材的结构与物理性能103
6.2.2 钢材的模拟方法106
6.2.3 钢材模拟的典型应用案例109

第7章 材料模拟的发展方向112

参考文献116