本書作為材料科學(xué)與工程專業(yè)主干課程配套教材，多維度多角度地闡述了材料研究過程中所用到的計(jì)算模擬方法及其理論基礎(chǔ)。主要內(nèi)容包括：量子力學(xué)及量子化學(xué)概述、第一性原理計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算、有限元方法計(jì)算。各章均附有課后習(xí)題以及融媒體資料。本書內(nèi)容突出了應(yīng)用性與新穎性的特點(diǎn)，力求全面、實(shí)用，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。本書可作為高等學(xué)校教材，也可供從事材料專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的師生參考。
目錄1量子力學(xué)與量子化學(xué)基礎(chǔ)11．1量子力學(xué)基礎(chǔ)11．1．1經(jīng)典物理學(xué)的“危機(jī)”和量子力學(xué)的誕生11．1．2愛因斯坦的光量子假說61．1．3原子的穩(wěn)定性和玻爾的量子論81．1．4德布羅意物質(zhì)波101．1．5波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋141．1．6薛定諤方程171．1．7一維方勢阱(束縛態(tài))241．1．8一維δ勢阱281．1．9線性諧振子291．1．10一維勢散射351．2量子化學(xué)基礎(chǔ)391．2．1量子化學(xué)關(guān)于化學(xué)鍵的理論401．2．2分子軌道理論491．2．3配合物的化學(xué)鍵561．2．4別具一格的金屬鍵601．2．5分子間的締合鍵——?dú)滏I63習(xí)題652第一性原理計(jì)算在材料研究中的應(yīng)用682．1密度泛函理論682．1．1Hartree方程702．1．2HartreeFock方法722．1．3密度泛函理論基礎(chǔ)752．1．4HohenbergKohn定理762．1．5KohnSham方程772．1．6基函數(shù)812．1．7贗勢文件892．1．8交換關(guān)聯(lián)勢942．1．9VASP程序的基本功能和常見參數(shù)962．2第一性原理計(jì)算在二維納米材料中的應(yīng)用實(shí)例1002．2．1石墨烯的本征力學(xué)性質(zhì)1002．2．2石墨烯的基本電子結(jié)構(gòu)1032．2．3石墨烯中的磁性1042．2．4石墨烯建模1072．2．5Linux系統(tǒng)操作基礎(chǔ)1152．2．6VASP計(jì)算石墨烯能帶、態(tài)密度1172．3第一性原理計(jì)算在三維材料中的應(yīng)用實(shí)例1222．3．1SiC光學(xué)性質(zhì)計(jì)算1222．3．2磁性計(jì)算1262．3．3銳鈦礦表面H2O分解130習(xí)題136參考文獻(xiàn)1363分子動(dòng)力學(xué)在材料研究中的應(yīng)用1383．1分子動(dòng)力學(xué)介紹1383．1．1分子動(dòng)力學(xué)模擬的概念1383．1．2MD模擬的應(yīng)用與意義1383．1．3MD模擬的發(fā)展趨勢1393．2分子的物理模型1413．2．1分子的物理模型在化學(xué)中的作用1413．2．2原子、分子的幾何模型1433．2．3分子的經(jīng)典力學(xué)模型1463．3分子間相互作用1523．3．1分子間相互作用與勢函數(shù)1523．3．2分子間特殊勢函數(shù)1543．3．3分子間相互作用的起源1553．3．4氫鍵相互作用1583．3．5常用分子間相互作用勢函數(shù)1583．3．6金屬勢1613．4分子動(dòng)力學(xué)方法1623．4．1分子動(dòng)力學(xué)模擬的基本原理1623．4．2分子動(dòng)力學(xué)的基本思想和計(jì)算流程1633．4．3分子體系的運(yùn)動(dòng)方程1653．4．4原子勢函數(shù)1673．4．5邊界條件、初始條件1683．4．6數(shù)值求解方法1683．5分子動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)例1713．5．1程序與模塊1713．5．2分子模型的創(chuàng)建與優(yōu)化1763．5．3水分子的擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算1843．5．4分子及團(tuán)簇的分子動(dòng)力學(xué)模擬1873．5．5多相體系的分子動(dòng)力學(xué)模擬——?dú)庖航缑妾菜?氣體系196習(xí)題202參考文獻(xiàn)2024有限元方法在材料研究中的應(yīng)用2084．1有限元法簡介及其發(fā)展歷史2084．2有限元法原理2094．2．1數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論2104．2．2工程問題中的數(shù)學(xué)物理方程2154．2．3彈性理論2184．2．4變分函數(shù)2204．2．5插值函數(shù)2234．2．6形狀函數(shù)2254．2．7連通性2284．2．8剛度矩陣2294．2．9邊界條件2294．3有限元方法2294．3．1變分原理2294．3．2伽遼金(Galerkin)逼近2334．3．3聯(lián)系偏微分方程2384．4有限元法的應(yīng)用2384．4．1近代梁工程的有限元方法2384．4．2Maxwell方程組的有限元解2484．4．3結(jié)構(gòu)振動(dòng)的有限元分析2534．4．4彈塑性問題的有限元分析258習(xí)題263
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