计算机在材料科学应用
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课程评价
spContent=本课程侧重介绍材料科学与工程领域的典型多尺度模拟方法、理论及应用，是从事材料计算的基础。以微观组织演变的计算机模拟为主线，对其涉及到的材料领域的几个基本过程（如温度场、液固相变、形变和再结晶等）的多尺度计算模拟理论、方法进行较详细介绍。通过本课程学习，同学们可掌握数值计算的基本方法和数理建模基础；掌握微观组织模拟所需要的基本知识和数值模拟及数据处理技巧，掌握多尺度模拟方法及其实现，提高综合运用专业基础知识和计算机技术进行专业研究的能力。 本课程包括数值计算的基本方法、数理建模基础、多尺度模拟和上机训练四个方面内容，适合本科生《计算机在材料科学应用》、研究生《计算材料学》的教学和从事计算材料研究的教师和研究人员参考。
—— 课程团队
课程概述

本课程是从事材料计算的基础，以微观组织演变的计算机模拟方法和理论为目标，对建模和模拟所必需的基础知识进行较详细讲述，包括基本的数值计算方法、开源软件以及智能化材料设计、微观组织转变关键模型的建立思想及其实现的方法和技巧等。具体包括：(1) 数值计算的基本方法；(2) 数理建模基础；(3) 多尺度模拟；(4) 上机训练。


本课程侧重提高本科生的数理建模和编程模拟能力。在专业方面，重点从计算材料学的角度介绍合金凝固、形变和再结晶过程中的微观组织转变的形核和长大的数理建模和多尺度模拟理论；在计算模拟方面，侧重介观尺度以及多尺度模拟的编程及实现；在实践方面，合理设计系列计算机模拟实验。


教学中注意适时引入新方法和新手段，例如利用开源软件FreeFEM++、AI技术等实现材料智能化设计等，学生可在极有限的学时内掌握新的材料模拟方法；通过引入思政元素，以我国超级计算机技术和量子计算机的发展为例，展望未来计算材料学的发展前景及其在材料科学研究中的地位和作用，提高同学们的学习兴趣。


通过本课程的学习可以掌握微观组织模拟所需要的基本知识和数值模拟及数据处理技巧，掌握多尺度模拟方法及其实现，提高专业研究的能力。

授课目标

侧重提高同学们的数理建模和编程能力，培养学生的创新型思维。主要目标：(1) 在数值计算方面，掌握数值计算的基本方法；(2) 在知识综合运用方面，培养学生运用所学知识进行专业建模的技能，运用计算技术解决专业问题的方法，提高综合运用专业基础知识和计算机技术解决专业问题的能力；(3)在基本技能方面，掌握几种有效的计算模拟方法及编码实现技巧、数据分析与处理方法。

课程大纲
预备知识

C/C++语言程序设计、材料类专业基础课程

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策， 2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问 https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项：

1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

选用教材

1. 周志敏，孙本哲 著. 计算材料科学数理模型及计算机模拟. 北京: 科学出版社，2013年.

2. 周志敏，刘永利 著. 材料学的多尺度模拟与应用. 北京: 科学出版社，2021年.


主要教学参考书

1. [德] D. 罗伯 编著. 计算材料学. 北京: 化学工业出版社，2002年.

2.  许鑫华，叶卫平 主编. 计算机在材料科学中的应用. 北京: 机械工业出版社，2003年.

3.  周志敏 著，《位错组态演化》，沈阳：东北大学出版社，2003年.