《计算机在材料科学中应用》课程教学大纲和课程简介

PAGE1PAGE5《计算机在材料科学中应用》课程简介课程编号：02014917课程名称：计算机在材料科学中应用/ApplicationofComputerinMaterialScience学分:2学时：32（课内实验(践)：16上机：16课外实践：）适用专业：材料类金属材料工程专业本科学生建议修读学期：6开课单位：材料科学与工程学院，金属材料工程系课程负责人：先修课程：《材料科学基础》、《热处理原理》等。考核方式与成绩评定标准：上机考试，平时成绩（含出勤、作业）占30%，期末上机考试综合评定成绩占70%。教材与主要参考书目：1．D.罗伯编著，《计算材料学》，化学工业出版社，2002年。2．K.Ohno,K.Esfarjani,Y.Kawazoe,ComputationalMaterialsScience:FromAbInitiotoMonteCarloMethods,Springer,1999.3．熊家炯编著，《材料设计》，天津大学出版社，2000年。4．马文淦编著，《计算物理学》，中国科技大学出版社，2001年。5．吴兴惠,项金种编著,《现代材料计算与设计教程》,电子工业出版社,2002年。6.陈舜麟编著，《计算材料科学》,化学工业出版社，2005年。内容概述：中文：计算材料学是近20年里发展起来的除实验研究和理论研究之外的第三种材料的科学研究方法。本课程主要介绍计算材料学中从微观、介观到宏观尺度的主要计算模拟方法及其在计算机上的实现途径。通过学习，应使学生初步掌握应用计算机解决材料科学问题的基本原理、思路和方法，尤其是掌握应用蒙特卡罗、元胞自动机方法模拟材料的组织结构演变，以及相图计算、第一性原理和有限元等计算模拟方法在新材料研究、性能预测和分析中的应用。培养学生运用计算机解决实际科学与工程实际问题的能力，引导学生的创新意识。实验教学内容涵盖编程实践、统计分析及相关技术和软件。英文：Applicationofcomputerinmaterialscienceisdevelopedinthelast20yearsandconsideredtobeathirdscientificmethodbeyondexperimentalandtheoreticalstudiesinmaterialsresearch.Thiscourseintroducesnumericalsimulationmethodsfrommicro,mesotomacro-scaleinmaterialsscience.Throughthestudy,studentsshouldlearnthebasicprinciple,ideasandmethodstosolvetheproblemofmaterialsciencebyapplicationofcomputationalmaterialsscience.Particularly,thecourseoffersanintroductiononMonteCarlo(MC)simulation,cellularautomata(CA)simulation,phasediagramcalculation,finiteelementmethodandabinitioconcepts.Combiningtheoreticalstudiesandexperiments,studentscanapplyappropriatesimulationmethodstosupplementtheirownresearch,topredictmaterialpropertiesandtodesignnewmaterial.Itcoverstechniquesandsoftwarefornumericalsimulation,dataanalysisandvisualization,timelydevelopedandwidelyusedincomputationalmaterialsciences.《计算机在材料科学中应用》教学大纲课程编号：02014917课程名称：计算机在材料科学中应用/ApplicationofComputerinMaterialScience学分:2学时：32（课内实验(践)：16上机：16课外实践：）适用专业：材料类金属材料工程专业本科学生建议修读学期：6开课单位：材料科学与工程学院，金属材料工程系课程负责人：先修课程：《材料科学基础》、《热处理原理》等。一、课程性质、目的与任务计算机在材料科学中的应用是金属材料工程专业方向的一门理论性与实用性都很强的专业选修课程。课程目的是培养学生将先进计算机技术和知识用于分析和解决金属材料的组织变化和热力学计算等问题。进而养学生运用计算机解决实际科学与工程实际问题的能力，引导学生的创新意识。教学目标：本课程内容包括蒙特卡罗方法在金属材料组织变化模拟过程中的应用，元胞自动机方法在金属材料组织变化模拟过程中的应用，图形软件在金属材料学中的应用，以及热力学相图计算等。具体要求如下：能够将数学、自然科学、外语、工程基础、专业知识与工程技术相结合，更好的服务工程技术（指标点1-1）。2）了解本专业的前沿发展现状和趋势（指标点1-5）。3）针对复杂的问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具（指标点5-1）。4）使用现代工具对复杂金属材料工程问题进行预测和模拟，并能够理解其局限性（指标点5-2）。二、教学内容及学时分配（按章节列出内容要求学时等，实验上机项目要列在课程内容一栏）课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排实验学时上机学时备注1.计算材料学概论和Fortran语言基础B42

2.蒙特卡罗模拟A2.1模特卡罗模拟原子随机行走A422.2蒙特卡罗模拟金属材料单晶形核与长大A422.3蒙特卡罗模拟金属材料多晶形核与长大A☆423．元胞自动机模拟B3.1元胞自动机模拟基础——生命游戏B423.2元胞自动机模拟金属材料组织形核与长大B☆424.相图计算方法及其在材料学中的应用A☆425.其它计算机软件在材料学中的应用C425.1第一性原理软件介绍CΔ5.2图形分析软件介绍及应用CΔ（教学基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）三、建议实验（上机）项目及学时分配上机实验：16学时1．Fortran语言基础2学时2．蒙特卡洛模拟(1)原子随机扩散2学时(2)单晶形核与长大2学时(3)多晶形核与长大2学时3．元胞自动机模拟(1)元胞自动机基础——生命游戏2学时(2)元胞自动机模拟晶粒长大2学时4．相图计算方法及其在材料学中的应用2学时5．其它软件（第一原理、图形软件等）在材料学中的应用2学时四、教学方法与教学手段课程教学以课堂理论教学为主，结合上机实验、作业及课堂讨论等共同实施。鉴于课改需要以及计算机新技术及其软件不断开发和发展的特点，本课程将采用自编讲义，采用多媒体课件，并参考多本国内外著名教材。五、考核方式与成绩评定标准课程考核成绩采用平时成绩+期终考试成绩相结合的方式，平时成绩占课程考核成绩的30%，平时成绩考核根据上机实验效果和完成结果给定；期终考试根据上机考试综合评定成绩，并占课程考核成绩的70%。六、教材与主要参考书目1．D.罗伯编著，《计算材料学》，化学工业出版社，2002年。2．K.Ohno,K.Esfarjani,Y.Kawazoe,ComputationalMaterialsScience:FromAbInitiotoMonteCarloMethods,Springer,1999.3．熊家炯编著，《材料设计》，天津大学出版社，20