PAGE1PAGE5《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中應(yīng)用》課程簡介課程編號：02014917課程名稱：計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中應(yīng)用/ApplicationofComputerinMaterialScience學(xué)分:2學(xué)時：32（課內(nèi)實(shí)驗(yàn)(踐)：16上機(jī)：16課外實(shí)踐：）適用專業(yè)：材料類金屬材料工程專業(yè)本科學(xué)生建議修讀學(xué)期：6開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院，金屬材料工程系課程負(fù)責(zé)人：先修課程：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《熱處理原理》等。考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)：上機(jī)考試，平時成績（含出勤、作業(yè)）占30%，期末上機(jī)考試綜合評定成績占70%。教材與主要參考書目：1．D.羅伯編著，《計(jì)算材料學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。2．K.Ohno,K.Esfarjani,Y.Kawazoe,ComputationalMaterialsScience:FromAbInitiotoMonteCarloMethods,Springer,1999.3．熊家炯編著，《材料設(shè)計(jì)》，天津大學(xué)出版社，2000年。4．馬文淦編著，《計(jì)算物理學(xué)》，中國科技大學(xué)出版社，2001年。5．吳興惠,項(xiàng)金種編著,《現(xiàn)代材料計(jì)算與設(shè)計(jì)教程》,電子工業(yè)出版社,2002年。6.陳舜麟編著，《計(jì)算材料科學(xué)》,化學(xué)工業(yè)出版社，2005年。內(nèi)容概述：中文：計(jì)算材料學(xué)是近20年里發(fā)展起來的除實(shí)驗(yàn)研究和理論研究之外的第三種材料的科學(xué)研究方法。本課程主要介紹計(jì)算材料學(xué)中從微觀、介觀到宏觀尺度的主要計(jì)算模擬方法及其在計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)途徑。通過學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生初步掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決材料科學(xué)問題的基本原理、思路和方法，尤其是掌握應(yīng)用蒙特卡羅、元胞自動機(jī)方法模擬材料的組織結(jié)構(gòu)演變，以及相圖計(jì)算、第一性原理和有限元等計(jì)算模擬方法在新材料研究、性能預(yù)測和分析中的應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際科學(xué)與工程實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容涵蓋編程實(shí)踐、統(tǒng)計(jì)分析及相關(guān)技術(shù)和軟件。英文：Applicationofcomputerinmaterialscienceisdevelopedinthelast20yearsandconsideredtobeathirdscientificmethodbeyondexperimentalandtheoreticalstudiesinmaterialsresearch.Thiscourseintroducesnumericalsimulationmethodsfrommicro,mesotomacro-scaleinmaterialsscience.Throughthestudy,studentsshouldlearnthebasicprinciple,ideasandmethodstosolvetheproblemofmaterialsciencebyapplicationofcomputationalmaterialsscience.Particularly,thecourseoffersanintroductiononMonteCarlo(MC)simulation,cellularautomata(CA)simulation,phasediagramcalculation,finiteelementmethodandabinitioconcepts.Combiningtheoreticalstudiesandexperiments,studentscanapplyappropriatesimulationmethodstosupplementtheirownresearch,topredictmaterialpropertiesandtodesignnewmaterial.Itcoverstechniquesandsoftwarefornumericalsimulation,dataanalysisandvisualization,timelydevelopedandwidelyusedincomputationalmaterialsciences.《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中應(yīng)用》教學(xué)大綱課程編號：02014917課程名稱：計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中應(yīng)用/ApplicationofComputerinMaterialScience學(xué)分:2學(xué)時：32（課內(nèi)實(shí)驗(yàn)(踐)：16上機(jī)：16課外實(shí)踐：）適用專業(yè)：材料類金屬材料工程專業(yè)本科學(xué)生建議修讀學(xué)期：6開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院，金屬材料工程系課程負(fù)責(zé)人：先修課程：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《熱處理原理》等。一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用是金屬材料工程專業(yè)方向的一門理論性與實(shí)用性都很強(qiáng)的專業(yè)選修課程。課程目的是培養(yǎng)學(xué)生將先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和知識用于分析和解決金屬材料的組織變化和熱力學(xué)計(jì)算等問題。進(jìn)而養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際科學(xué)與工程實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識。教學(xué)目標(biāo)：本課程內(nèi)容包括蒙特卡羅方法在金屬材料組織變化模擬過程中的應(yīng)用，元胞自動機(jī)方法在金屬材料組織變化模擬過程中的應(yīng)用，圖形軟件在金屬材料學(xué)中的應(yīng)用，以及熱力學(xué)相圖計(jì)算等。具體要求如下：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、外語、工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識與工程技術(shù)相結(jié)合，更好的服務(wù)工程技術(shù)（指標(biāo)點(diǎn)1-1）。2）了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢（指標(biāo)點(diǎn)1-5）。3）針對復(fù)雜的問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具（指標(biāo)點(diǎn)5-1）。4）使用現(xiàn)代工具對復(fù)雜金屬材料工程問題進(jìn)行預(yù)測和模擬，并能夠理解其局限性（指標(biāo)點(diǎn)5-2）。二、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（按章節(jié)列出內(nèi)容要求學(xué)時等，實(shí)驗(yàn)上機(jī)項(xiàng)目要列在課程內(nèi)容一欄）課程內(nèi)容教學(xué)要求重點(diǎn)（☆）難點(diǎn)（△）學(xué)時安排實(shí)驗(yàn)學(xué)時上機(jī)學(xué)時備注1.計(jì)算材料學(xué)概論和Fortran語言基礎(chǔ)B42

2.蒙特卡羅模擬A2.1模特卡羅模擬原子隨機(jī)行走A422.2蒙特卡羅模擬金屬材料單晶形核與長大A422.3蒙特卡羅模擬金屬材料多晶形核與長大A☆423．元胞自動機(jī)模擬B3.1元胞自動機(jī)模擬基礎(chǔ)——生命游戲B423.2元胞自動機(jī)模擬金屬材料組織形核與長大B☆424.相圖計(jì)算方法及其在材料學(xué)中的應(yīng)用A☆425.其它計(jì)算機(jī)軟件在材料學(xué)中的應(yīng)用C425.1第一性原理軟件介紹CΔ5.2圖形分析軟件介紹及應(yīng)用CΔ（教學(xué)基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）三、建議實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）項(xiàng)目及學(xué)時分配上機(jī)實(shí)驗(yàn)：16學(xué)時1．Fortran語言基礎(chǔ)2學(xué)時2．蒙特卡洛模擬(1)原子隨機(jī)擴(kuò)散2學(xué)時(2)單晶形核與長大2學(xué)時(3)多晶形核與長大2學(xué)時3．元胞自動機(jī)模擬(1)元胞自動機(jī)基礎(chǔ)——生命游戲2學(xué)時(2)元胞自動機(jī)模擬晶粒長大2學(xué)時4．相圖計(jì)算方法及其在材料學(xué)中的應(yīng)用2學(xué)時5．其它軟件（第一原理、圖形軟件等）在材料學(xué)中的應(yīng)用2學(xué)時四、教學(xué)方法與教學(xué)手段課程教學(xué)以課堂理論教學(xué)為主，結(jié)合上機(jī)實(shí)驗(yàn)、作業(yè)及課堂討論等共同實(shí)施。鑒于課改需要以及計(jì)算機(jī)新技術(shù)及其軟件不斷開發(fā)和發(fā)展的特點(diǎn)，本課程將采用自編講義，采用多媒體課件，并參考多本國內(nèi)外著名教材。五、考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)課程考核成績采用平時成績+期終考試成績相結(jié)合的方式，平時成績占課程考核成績的30%，平時成績考核根據(jù)上機(jī)實(shí)驗(yàn)效果和完成結(jié)果給定；期終考試根據(jù)上機(jī)考試綜合評定成績，并占課程考核成績的70%。六、教材與主要參考書目1．D.羅伯編著，《計(jì)算材料學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。2．K.Ohno,K.Esfarjani,Y.Kawazoe,ComputationalMaterialsScience:FromAbInitiotoMonteCarloMethods,Springer,1999.3．熊家炯編著，《材料設(shè)計(jì)》，天津大學(xué)出版社，20