材料计算与模拟6-simulation software.

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。

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。

材料力学计算模拟方法及相关模型评估1. 引言材料力学计算模拟方法是一种通过数学模型和计算机算法对材料力学性质进行预测和评估的方法。

在材料科学与工程领域，材料力学计算模拟方法的应用已经成为研究和开发新材料的重要手段之一。

本文将介绍材料力学计算模拟方法的基本原理和常用的模型评估方法。

2. 材料力学计算模拟方法的基本原理材料力学计算模拟方法基于经典力学原理，通过建立材料的数学模型，利用计算机算法模拟材料受力行为。

常用的材料力学计算模拟方法包括分子动力学模拟、有限元分析和网格自适应技术。

分子动力学模拟基于原子尺度，模拟材料内部原子的运动和相互作用；有限元分析基于连续介质假设，将材料划分为有限个单元，分析各单元的应力应变行为；网格自适应技术可根据材料不同区域的应力集中程度和应变梯度，自动调整计算网格的密度，提高计算精度。

3. 材料力学计算模拟方法的应用材料力学计算模拟方法在材料科学与工程中有广泛的应用。

首先，材料力学计算模拟方法可以预测材料的力学性质，包括强度、刚度和韧性等。

通过模拟计算，可以了解材料在不同环境条件下的受力行为，为材料设计和工程应用提供指导。

其次，材料力学计算模拟方法可以预测材料的疲劳寿命和机械性能，帮助优化材料使用和设计方案。

此外，材料力学计算模拟方法还可以模拟材料的形变、失效和损伤过程，分析材料的可靠性和稳定性。

因此，材料力学计算模拟方法在材料研究和工程实践中扮演着重要的角色。

4. 模型评估方法为了保证材料力学计算模拟方法的准确性和可靠性，需要对计算模型进行评估。

常用的模型评估方法包括实验验证和比较分析。

实验验证是通过实验手段对计算模型进行验证，将计算结果与实验结果进行对比。

如果计算结果与实验结果吻合良好，可以说明计算模型较为准确。

比较分析是将不同的计算模型进行对比，评估其在不同条件下的适用性和精度。

通过比较分析，可以选择合适的模型和计算方法，提高计算模拟的准确性和可信度。

5. 模型评估的误差来源在模型评估过程中，需要考虑评估误差的来源。

新型材料的先进模拟和计算设计方法随着科技的不断发展，新型材料的研发和应用已成为一个广泛关注的领域。

而要想成功地开发出新的材料，需要各种技术手段的支持，其中计算机模拟和设计是其中的重要方法之一。

本文将着重介绍新型材料的先进模拟和计算设计方法。

一、分子动力学模拟分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation，简称MDS）是一种运用计算机模拟分子体系动力学行为的方法。

它通过数学公式描述原子、离子或分子间相互作用力的力场模型，并通过牛顿运动定律推导各种粒子在时间轴上的运动轨迹。

这种方法在研究原子尺度下材料的物理化学性质时发挥了非常重要的作用。

在实践中，研究人员常使用分子动力学模拟来预测材料的物理化学性质，如稳态和非稳态热力学、动力学和热力学性质，甚至可用于预测材料的物理化学反应和材料结构的演化。

通过这种模拟方法，可以快速地、高效地预测和优化新型材料的各种性质，推动材料研究的快速发展。

二、量子力学模拟量子力学作为现代科学的重要分支之一，也为新型材料的研究提供了很好的基础理论。

通过量子力学的方法，可以预测原子、分子和固体材料的各种物理和化学性质。

现代计算机的出现，推动了量子力学的计算化学应用。

量子力学计算方法在新型材料的研究中扮演着越来越重要的角色。

量子力学模拟可用于分析材料的电子结构、光谱、电荷转移和加速因子等各项物理化学性质。

如电子自旋共振（ESR）、核磁共振谱（NMR）、拉曼光谱等研究，能够帮助科研人员优化和确定新型材料的组成和性质。

三、人工智能设计人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）作为IT领域的重要技术手段，如今已经应用到了新型材料的研究当中。

采用人工智能技术分析材料的组成、特性和应用所需的性能指标，可以帮助科研人员快速优化材料的组成，提高其性能。

人工智能设计对于新型材料的研发有着极大的促进作用，尤其在新型高强度、高导电率和高耐磨性等领域的研发中。

simulation modelling practiceSimulation modelling is a crucial tool in the field of science and engineering. It allows us to investigate complex systems and predict their behaviour in response to various inputs and conditions. This article will guide you through the process of simulation modelling, from its basicprinciples to practical applications.1. Introduction to Simulation ModellingSimulation modelling is the process of representing real-world systems using mathematical models. These models allow us to investigate systems that are too complex or expensiveto be fully studied using traditional methods. Simulation models are created using mathematical equations, functions, and algorithms that represent the interactions and relationships between the system's components.2. Building a Basic Simulation ModelTo begin, you will need to identify the key elements that make up your system and define their interactions. Next, you will need to create mathematical equations that represent these interactions. These equations should be as simple as possible while still capturing the essential aspects of the system's behaviour.Once you have your equations, you can use simulation software to create a model. Popular simulation softwareincludes MATLAB, Simulink, and Arena. These software packages allow you to input your equations and see how the system will respond to different inputs and conditions.3. Choosing a Simulation Software PackageWhen choosing a simulation software package, consider your specific needs and resources. Each package has its own strengths and limitations, so it's important to select one that best fits your project. Some packages are more suitable for simulating large-scale systems, while others may bebetter for quickly prototyping small-scale systems.4. Practical Applications of Simulation ModellingSimulation modelling is used in a wide range of fields, including engineering, finance, healthcare, and more. Here are some practical applications:* Engineering: Simulation modelling is commonly used in the automotive, aerospace, and manufacturing industries to design and test systems such as engines, vehicles, and manufacturing processes.* Finance: Simulation modelling is used by financial institutions to assess the impact of market conditions on investment portfolios and interest rates.* Healthcare: Simulation modelling is used to plan and manage healthcare resources, predict disease trends, and evaluate the effectiveness of treatment methods.* Education: Simulation modelling is an excellent toolfor teaching students about complex systems and how they interact with each other. It helps students develop critical thinking skills and problem-solving techniques.5. Case Studies and ExamplesTo illustrate the practical use of simulation modelling, we will take a look at two case studies: an aircraft engine simulation and a healthcare resource management simulation.Aircraft Engine Simulation: In this scenario, a simulation model is used to assess the performance ofdifferent engine designs under various flight conditions. The model helps engineers identify design flaws and improve efficiency.Healthcare Resource Management Simulation: This simulation model helps healthcare providers plan their resources based on anticipated patient demand. The model can also be used to evaluate different treatment methods and identify optimal resource allocation strategies.6. ConclusionSimulation modelling is a powerful tool that allows us to investigate complex systems and make informed decisions about how to best manage them. By following these steps, you can create your own simulation models and apply them to real-world problems. Remember, it's always important to keep anopen mind and be willing to adapt your approach based on the specific needs of your project.。

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。

基于VASP软件的材料模拟研究材料模拟是一种快速、经济的研究材料性质、结构和功能的方法。

它可以在实验之前、期间或之后，对材料进行多种模拟计算，进而探究材料的性质和功能。

材料模拟可以在不同尺度（从原子到微观）和不同时间尺度（从纳秒到数年）上进行，应用于各个领域，如材料科学、化学、物理学、生物学等。

在这篇文章中，我们将介绍一种常用于材料模拟的软件——VASP（Vienna Ab Initio Simulation Package）。

一、VASP简介VASP是一种基于密度泛函理论的材料结构和电子性质计算工具。

它采用平面波基组和赝势方法，能够用来计算各种性质，如晶体结构、能带结构、密度分布、声子谱、光学性质、热力学性质等。

VASP可以计算各种晶体结构、薄膜、二维和三维纳米结构的性质。

它的计算结果通常与实验结果很好地吻合。

目前，VASP已经成为了材料科学中最常用和最受欢迎的软件之一。

二、VASP的基本原理1.密度泛函理论VASP基于密度泛函理论（DFT），这是描述材料中电子性质的一种理论模型。

它基于单电子波函数，建立了电子密度与电子间相互作用之间的基本关系。

密度泛函理论认为，电子的能量只依赖于电子的密度分布，而与电子的具体位置无关。

2.平面波基组和赝势方法VASP采用平面波基组和赝势方法来处理电子和正离子之间的相互作用。

在平面波基组中，电子波函数近似为平面波的线性组合。

在赝势方法中，一个核的电子云和内层电子被归纳到一个有效电势中，简化了计算。

这些方法可以大大减少计算成本和计算时间。

三、VASP的优点对于材料模拟，以下是VASP的优点：1.准确性高：VASP采用密度泛函理论，计算精度非常高，可以精确地预测材料的性质和行为。

2.灵活性：VASP可以用于晶体和非晶体、原子和分子、金属和半导体等各种材料类型的计算。

它还可以通过调整参数、自定义计算流程等方式来适应不同类型和形态的材料。

3.计算速度快：VASP的平面波基组和赝势方法可以提高计算速度和精确度，大大缩短计算时间。

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 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。

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。

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。

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。