01
课程与有限元方法导论
Introduction to the course and FEM
知识点群
课程导论；有限元方法（FEM）
教学内容
- 课程导论
- 有限元方法（FEM）
教学大纲 · Syllabus
材料建模与计算
Computational Materials Science · MSE4704 · 依据《材料建模与计算-本.pdf》整理
| 课程名称 | 材料建模与计算 Computational Materials Science | 课程代码 | MSE4704 |
|---|---|---|---|
| 学分 | 3 | 总学时 | 48 |
| 课程性质 | 大纲未注明 | 授课语言 | 全英语 |
| 开课院系 | 材料科学与工程学院 | 授课对象 | 大四本科生 |
| 课程负责人 | 彭雄奇 课程负责人依据教学大纲；授课教师依据课程知识库清单。 | 授课教师 | 彭雄奇、龚鸣宇 |
| 先修课程 | 大纲未注明 | 后续课程 | — |
| 课程网址 | https://oc.sjtu.edu.cn/courses/40717 | ||
| 课程简介 | 介绍分子动力学、相场与有限元等材料计算方法，学习物理建模和科学计算，并使用 LAMMPS、ABAQUS 等工具开展材料问题的模拟分析。 | ||
| 教学目标 | 掌握计算材料学的基本知识及其在材料开发和性能预测方面的应用。；从微观、介观到宏观尺度，掌握分子动力学模拟与物理量计算依据、相场方法的基本原理，以及有限元计算方法和工程应用。；运用常用仪器、制图和模拟软件解决复杂材料工程问题，评价模拟结果的正确性并指出其局限性。；掌握环境与生产中材料行为的多尺度计算机应用。 | ||
课程目标
课程目标与毕业要求指标点
- 1掌握计算材料学的基本知识及其在材料开发和性能预测方面的应用。毕业要求指标点 1.1
- 2从微观、介观到宏观尺度，掌握分子动力学模拟与物理量计算依据、相场方法的基本原理，以及有限元计算方法和工程应用。毕业要求指标点 3.1
- 3运用常用仪器、制图和模拟软件解决复杂材料工程问题，评价模拟结果的正确性并指出其局限性。毕业要求指标点 5.3
- 4掌握环境与生产中材料行为的多尺度计算机应用。毕业要求指标点 7.1
教学内容与进度安排
14 个教学环节
02
杆单元有限元
FEM for Truss Element
知识点群
杆单元；ABAQUS CAE
教学内容
- 杆单元
- ABAQUS CAE
作业及考核完成模拟练习并提交报告
03
固体有限元一般列式
General FE Formulations for Solids
知识点群
固体有限元列式
教学内容
- 固体有限元列式
04
二维平面单元
FE for 2D Planar Element
知识点群
平面单元方程；程序实现；ABAQUS CAE
教学内容
- 平面单元方程
- 程序实现
- ABAQUS CAE
作业及考核完成模拟练习并提交报告
05
ABAQUS 求解三维固体问题
Solve 3D Solid Problems with ABAQUS
知识点群
三维固体问题；ABAQUS
教学内容
- 三维固体问题
- ABAQUS
作业及考核提交正式报告与 ABAQUS CAE 文件
06
AI 辅助有限元
AI-aided FEM
知识点群
AI 辅助有限元
教学内容
- AI 辅助有限元
作业及考核提交正式报告与 ABAQUS CAE 文件
07
分子动力学导论
Introduction to Molecular Dynamics Simulation
知识点群
分子动力学模拟；应用实例
教学内容
- 分子动力学模拟
- 应用实例
作业及考核列举分子动力学在材料科学与工程中的应用实例
08
初始条件、边界条件与运动方程
Initial Conditions, Boundary Conditions & Equation of Motion
知识点群
初始条件；边界条件；运动方程；第一个分子动力学程序
教学内容
- 初始条件
- 边界条件
- 运动方程
- 第一个分子动力学程序
作业及考核完成模拟练习并提交报告
09
原子间势
Interatomic Potentials
知识点群
原子间势
教学内容
- 原子间势
作业及考核课后作业
10
能量最小化与 Linux 入门
Minimization & Introduction to Linux
知识点群
能量最小化；Linux 入门
教学内容
- 能量最小化
- Linux 入门
作业及考核课后作业
11
温度控制及其应用
Temperature Control and Its Applications
知识点群
温度控制；LAMMPS 熔化模拟
教学内容
- 温度控制
- LAMMPS 熔化模拟
作业及考核完成模拟练习并提交报告
12
压力控制
Pressure Control
知识点群
压力控制原理
教学内容
- 压力控制原理
作业及考核课堂问答
13
分子动力学综合应用：位错运动
Comprehensive MD Applications: Dislocation Motion
知识点群
位错运动；LAMMPS；OVITO
教学内容
- 位错运动
- LAMMPS
- OVITO
作业及考核完成模拟练习并提交报告
14
介观方法导论
Introduction to Mesoscale Methods
知识点群
介观模拟方法；相场方法（PFM）
教学内容
- 介观模拟方法
- 相场方法（PFM）
作业及考核课堂问答
考核方式
作业与考试安排
课堂表现 10%；作业 20%；项目 70%。