译者前言
原书前言
第1章 材料建模和模拟导论
1.1 建模与模拟
1.2 计算材料科学与工程
1.3 材料结构和行为的尺度
1.4 如何开发模型
1.5 本章小结
第一部分 基础知识
第2章 无规行走模型
2.1 扩散的无规行走模型
2.2 与扩散系数的关联
2.3 体扩散
2.4 无规行走模型的实施
2.5 材料学的无规行走模型
2.6 本章小结
第3章 有限系统的模拟
3.1 物体相互作用对的求和
3.2 完美晶体
3.3 截止域
3.4 周期性边界条件
3.5 实施
3.6 长程作用势
3.7 本章小结
3.8 附加内容
3.8.1 Ewald方法
3.8.2 快速多极方法
3.8.3 球截止库仑电势
第二部分 原子和分子
第4章 电子结构方法
4.1 多电子系统量子力学
4.2 早期密度泛函理论
4.3 Hohenberg-Kohn定理
4.4 Kohn-Sham方法
4.5 交换-关联泛函
4.6 波函数
4.7 赝势
4.8 密度泛函理论的应用
4.9 本章小结
第5章 原子间作用势
5.1 内聚能
5.2 原子间相互作用
5.2.1 原子间相互作用的基本形式
5.2.2 对单位的注释
5.3 对势
5.3.1 Lennard-Jones势
5.3.2 Mie势
5.3.3 其他对势
5.3.4 中心力势和固体的性质
5.4 离子材料
5.5 金属
5.5.1 金属的对势
5.5.2 依赖于体积的势
5.5.3 普适结合曲线
5.5.4 嵌入式原子模型势
5.6 共价固体
5.6.1 依赖于角度的势
5.6.2 键级势
5.7 混合成键系统
5.7.1 反应力势
5.7.2 紧束缚方法
5.8 作用势能够模拟的量
5.9 势参数的确定
5.10 本章小结
5.11 附加内容
第6章 分子动力学
6.1 原子系统分子动力学基本知识
6.1.1 牛顿方程的数值积分
6.1.2 守恒定律
6.1.3 模拟可靠性的检查
6.1.4 与热力学的关联
6.1.5 初始条件
6.1.6 分子动力学模拟的步骤
6.2 计算例子
6.2.1 作用势的截止
6.2.2 分子动力学模拟的分析
6.3 速度重标度
6.4 其他系综分子动力学
6.4.1 正则系综分子动力学
6.4.2 等压系综分子动力学
6.5 加速动力学
6.6 分子动力学的局限
6.7 分子动力学在材料研究中的应用
6.8 本章小结
6.9 附加内容
6.9.1 选择初始位置
6.9.2 选择初始速度
6.9.3 计算对分布函数
6.9.4 计算时间关联函数
第7章 蒙特卡罗方法
7.1 引言
7.2 系综平均值
7.3 Metropolis算法
7.3.1 Metropolis算法的采样
7.3.2 Metropolis算法中能量的更新
7.4 伊辛模型
7.4.1 伊辛模型的Metropolis蒙特卡罗模拟
7.4.2 伊辛模型模拟的例子
7.4.3 伊辛模型的其他采样方法
7.5 原子系统蒙特卡罗方法
7.5.1 正则系综的原子模拟
7.5.2 原子坐标的采样
7.5.3 计算能量的变化
7.6 其他系综
7.6.1 等压等温系综
7.6.2 巨正则系综
7.7 蒙特卡罗模拟中的时间
7.8 蒙特卡罗方法的评价
7.9 蒙特卡罗方法在材料研究中的应用
7.10 本章小结
7.11 附加内容
第8章 分子和大分子系统
8.1 引言
8.2 聚合物的无规行走模型
8.3 大分子的原子模拟
8.3.1 分子之间的相互作用
8.3.2 分子内能量项
8.3.3 探索能量面
8.3.4 分子动力学
8.3.5 蒙特卡罗方法
8.4 粗粒方法
8.5 聚合物和生物分子格点模型
8.6 分子和大分子材料的模拟
8.7 本章小结
8.8 附加内容
第三部分 介观方法
第9章 动力学蒙特卡罗方法
9.1 动力学蒙特卡罗方法计算步骤
9.2 动力学蒙特卡罗方法中的时间
9.3 动力学蒙特卡罗方法计算
9.3.1 案例一：表面上的扩散
9.3.2 案例二：化学气相沉积
9.4 应用
9.5 本章小结
第10章 介观尺度蒙特卡罗方法
10.1 晶粒生长模拟
10.2 蒙特卡罗-波茨模型
10.3 N-fold方法
10.4 波茨模型应用案例
10.4.1 Zener钉扎
10.4.2 再结晶
10.4.3 晶界移动的各向异性对晶粒生长的影响
10.5 波茨模型在材料科学和工程中的应用
10.6 本章小结
第11章 元胞自动机
11.1 元胞自动机基本知识
11.2 二维元胞自动机的案例
11.2.1 生命游戏
11.2.2 凝固
11.3 格子气方法
11.4 元胞自动机在材料研究中的案例
11.4.1 再结晶的简单模型
11.4.2 失稳分解的元胞自动机模型
11.4.3 元胞自动机的其他应用
11.5 元胞自动机与蒙特卡罗方法的关系
11.6 本章小结
第12章 相场方法
12.1 守恒和非守恒的序参数
12.2 控制方程
12.2.1 非守恒序参数的Allen-Cahn方程
12.2.2 守恒序参数的Cahn-Hilliard方程
12.2.3 守恒与非守恒序参数共存的系统
12.3

本书着重介绍计算材料科学的基本方法和普遍原理,为材料行为模拟计算提供全面的知识。本书在广泛的尺度上考察材料建模从电子结构方法到显微组织演化,涵盖从原子尺度到介观尺度的全部关键方法,包括密度泛函理论、分子动力学、蒙特卡罗方法、元自动机和相场方法等;对用于材料建模的基本方程,提供详细易懂的解释和总结性的数学背景知识:同时给出内容广泛的附录,包括材料学、经典力学、量子力学、统计热力学和线性弹性等基本背景知识。
本书可作为学习计算材料科学、材料建模与模拟等课程的本科生及研究生的教材或参考书,也可作为有材料模拟应用需求的研究者和工程师的工作参考书。