材料计算与模拟6-simulation software.
材料计算与模拟
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。
MaterialsStudio最强大的材料模拟计
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
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。
计算材料学之材料设计、计算及模拟
03
基于连续介质力学原理，通过建立材料的本构方程和边界条件，
研究材料的弹塑性行为和性能。
材料热学性能模拟
热传导模型
通过建立材料的热传导方程和边 界条件，研究材料的热传导性能 和行为。
分子动力学模拟
通过模拟原子或分子的运动轨迹， 研究材料在微观尺度上的热学性 能和行为。
热力学模型
基于热力学原理，通过建立材料 的热力学方程和状态方程，研究 材料的热力学性能和行为。
VS
详细描述
第一性原理计算通过求解薛定谔方程，能 够准确地预测材料的电子结构和化学性质 ，如键能、键角、电荷转移等。该方法广 泛应用于材料科学、化学、生物学等领域 。
03
材料计算模拟技术
材料电子结构计算
密度泛函理论
基于量子力学原理，通过求解薛定谔方程得到材 料的电子结构和性质。
分子动力学模拟
通过模拟原子或分子的运动轨迹，研究材料在微 观尺度上的动态行为和性质。
材料光学性能模拟
01
02Βιβλιοθήκη 03光吸收模拟通过建立材料的光吸收模 型和边界条件，研究材料 的光吸收性能和行为。
光学散射模拟
通过建立材料的光学散射 模型和边界条件，研究材 料的光学散射性能和行为。
光电效应模拟
通过建立材料的光电效应 模型和边界条件，研究材 料的光电效应性能和行为。
04
材料设计、计算及模拟的应用案例
02
跨学科交叉研究有助于解决复杂 问题，如生物医学材料、光电器 件等，推动相关领域的技术创新 和应用。
THANKS
感谢观看
高性能金属材料的优化设计
总结词
通过计算模拟技术，优化高性能金属材料的微观结构和性能，提高其强度、韧性、耐腐蚀性和高温稳 定性。
新型材料的先进模拟和计算设计方法
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。
材料模拟计算软件VASP
１． 背景介绍
ＶＡＳＰ（Ｖｉｅｎｎａ Ａｂ－ｉｎｉｔｉｏ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ ）是使用 赝势和平面波基组，进行从头量子力学分子动力学 计算的软件包。直接购买的费用大约４万人民币。
ＶＡＳＰ的原型是Ｍｉｋｅ Ｐａｙｎｅ在ＭＩＴ开发的程序包。 这个程序包产生了两个分支，一个是ＶＡＳＰ，一个 是ＣＡＳＴＥＰ。当ＶＡＳＰ开始发展的时候，ＣＡＳＴＥＰ这个 名字还没有产生。１９８９年，Ｊｕｅｒｇｅｎ Ｈａｆｎｅｒ把ＶＡＳＰ的 原型代码从剑桥带回了维也纳，但ＶＡＳＰ的真正开 发是在１９９１年开始的。这个时候，ＣＡＳＴＥＰ实际上 已经进一步发展了很多，但是ＶＡＳＰ是基于１９８９年版 的ＣＡＳＴＥＰ开发的，这个版本的ＣＡＳＴＥＰ只支持局域 赝势和Ｃａｒ－Ｐａｒｒｉｎｅｌｌｏ型的急速下降算法。１９９５年， ＶＡＳＰ的名字被确定下来，并且成为一个稳定而通用 的从头计算工具。１９９６年，ＶＡＳＰ的ＦＯＲＴＲＡＮ ９０语 言版本出现，并且开始进行ＭＰＩ并行化。但是，开 始进行并行化工作的人，Ｊ．Ｍ． Ｈｏｌｅｎｄｅｒ，“抄袭”了 ＣＡＳＴＥＰ的通讯内核，从而引起了ＣＡＳＴＥＰ和ＶＡＳＰ的 纠纷。１９９７年１月，ＶＡＳＰ的并行化在英国完成。 １９９８年，ＶＡＳＰ的通讯内核被完全重写，以去除 ＣＡＳＴＥＰ的部分，这导致了ＶＡＳＰ对Ｔ３Ｄ／Ｔ３Ｅ通讯不再 特别有效率。１９９９年，投影增强波（ＰＡＷ）方法被 采用。目前，维也纳大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｖｉｅｎｎａ）Ｐｒｏｆ． Ｄｒ． Ｊｕｅｒｇｅｎ Ｈａｆｎｅｒ 和 Ｐｒｏｆ． Ｄｉｐｌ．Ｉｎｇ． Ｄｒ． Ｇｅｏｒｇ Ｋｒｅｓｓｅ 研 究组以及德国的Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ－Ｓｃｈｉｌｌｅｒ－Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ的Ｊüｒｇｅｎ Ｆｕｒｔｈｍüｌｌｅｒ研究组共同开发并发展ＶＡＳＰ。它是用赝 势平面波方法进行分子动力学模拟的软件包。与同 类的软件相比，它比较早的实现了超软赝势，计算 量相对于一般的模守恒赝势方法大为减少。ＶＡＳＰ加 入了对ＰＡＷ方法的支持，这使得ＶＡＳＰ的应用更为广 泛。
simulation modelling practice
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.。
MS程序简介-材料设计与计算机模拟
应用实例 4
Study of the Effect of Alloying on the Surface Reactivity of Catalysts The CASTEP simulations resulted in the following : CO 优先吸附在Pt表面的顶位 Oxygen 优先吸附在Cu3Pt(111) 表面Cu原子间的空心位 CO (or Oa) 在合金表面的吸附能比两种纯金属表面的吸附能低。 合金表面上CO 氧化的势垒比在纯金属表面低. 表明Cu3Pt 可能是比
the charge density Physical Review Letters, 91, (2003) 105502
应用实例 3
Understanding the Properties (structural, mechanical, vibrational, and electronic) of Carbon and Boron-nitride Nanotubes
Materials Studio的主要模块
CASTEP典型的应用包括表面化学、键结构、态密度和光学性质等研 究，CASTEP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。此外， CASTEP可用于有效研究点缺陷(空位，间隙和置换杂质)和扩展缺陷(如 晶界和位错)的性质。
研究表面分子吸附的单包（左） 研究点缺陷的单包（右）
材料设计与计算机模拟
Material designing & Computer simulation
Materials Studio 模块简介
Introduction of Materials Studio’s Moduls
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.专业软件
(1) Cerius2
Accelrys Molecular Simulation Inc.
Accelrys has over twenty years of leadership in the delivery of computational science and informatics software to diverse R&D organizations.
On-line Information:
(1) Cerius2 – 简介
1.材料科学软件功能简介
Accelrys Cerius2软件运行于SGI IRIX工作站系统上，是 Accelrys产品线中用于材料计算的主要平台之一，有十多年的产 品开发历史，不仅界面友好易用，而且集成了全面的材料计算 工具，包括分子力学、分子动力学、量子力学、Monte Carlo、 统计力学以及介观动力学等多种计算方法。 1） 核心模块及图形界面 2） 能量计算工具 3） 材料性质模拟计算工具 4） 介观模拟方法 5） 量子力学计算程序 6） 实验数据解析工具 7） 统计相关方法 8） 软件开发工具
Cerius2, Materials Studio, InsightII, Discovery Studio Modeling, Catalyst, Felix, QUANTA, Tsar, Topkat, GCG, Crystal Studio, ChemOffice… Matlab, Origin, MathCAD, Nestch Peak Separation, MDI Jade 5.0
计算机软件简介
Introduction to Computer Software
材料设计计算机软件简介
及应用示例
材料设计与模拟软件概述 : 介绍材料模 拟设计中各种计算机软件 Accelrys Materials Studio： 介绍该材料 模拟软件的各种计算机模块及其功能
材料设计与模拟软件概述
(1) Cerius2 – 简介
2.生命科学软件功能简介 众所周知，合理药物设计能够帮助医药研究机构加快药物 发现的过程。美国Accelrys公司的药物设计软件，针对不同的研 究状况，提供相应的解决方案：无论是在受体蛋白结构已知的 情况下，还是在只了解部分有机小分子的情况下，都能够针对 治疗目标，提供有效信息。这里介绍的Cerius2药物软件包，能 够针对配体结构已知/未知、受体结构已知/未知、应用组合化学 方法等几种情况，开始先导化合物的设计与优化。 1） 分子模型构建与显示 2） 分子力学与动力学计算工具 3） 合理药物设计-QSAR和基于结构的药物设计 4） 组合化学
高分子本体和高分子溶液的结构模型。结合模拟和分 析工具，为深入了解无定形结构与性质之间的关系提 供了强有力的工具。
(1) Cerius2 – 2) 能量计算工具
C2.OFF(Open Force Field) -- 提供CeriБайду номын сангаасs2软件中性质预测模块所
需的分子力场。软件提供了全面的力场数据库，适用的材料体 系包括无机物、高分子、分子筛、有机金属化合物以及其他材 料类型。 C2.FFE (Force Field Editor) -- 用户可采用力场数据库中的标准力 场或自定义力场参数。也可采用文献中的力场参数来解决用户 自己的问题，并发展和验证已有的力场参数。 C2.Minimizer -- 利用Cerius2软件的OFF力场，根据分子力学的 计算结果预测能量最低的结构，有助于对分子、大分子、无定 形态、晶体及表面的结构和性质的深入了解。
Key product:
Discovery Studio: integrated, PC-based simulation & informatics for life science Materials Studio: integrated materials simulation on the PC Cerius2, Catalyst, Insight II, QUANTA: modeling for UNIX / Linux workstations Accord: cheminformatics suites
(1) Cerius2 – 1）核心模块及图形界面
C2.Visualizer -- 软件核心模块及图形用户界面。Visualizer模块
为构造、编辑、显示、分析三维分子结构模型提供了全面的模 拟环境。结构模型构造工具 C2.Crystal Builder -- 用于建造及显示无机、高分子及分子晶体 的结构模型，为进一步的结构研究及性质模拟提供基础 C2.Surface Builder -- 用于建造二维周期结构模型，可研究材料 表面的结构、化学性质及互相作用。 C2.Interface Builder -- 用于建造、显示两种材料间的界面模型。 可显示并研究复杂的结构性质，为更深入的模拟计算提供基础
(1) Cerius2 – 2) 能量计算工具
C2.Dynamics -- 运用分子力学研究结构驰豫及材料的 动力学行为。可计算的性质包括稳定性、扩散系数、 径向分布函数、结构因子及速率自相关函数。 PASS -- COMPASS是PCFF力场的最新版本， 是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和 经验数据经参数化并得到广泛验证的从头算力场，使 用COMPASS力场可以在很大的温度、压力范围内精 确地预测出孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、 构象、振动以及热物理性质。
(1) Cerius2 – 1) 核心模块及图形界面
C2.Polymer Builder -- 用于建造、显示高聚物的结构。
系统提供了极丰富的单体数据库，用户亦可以自定义 新的单体。可帮助研究人员了解和表征聚合物的结构。
C2.Amorphous Builder -- 建造无定形分子结构，包括