本书作为材料科学与工程专业主干课程配套教材，多维度多角度地阐述了材料研究过程中所用到的计算模拟方法及其理论基础。主要内容包括：量子力学及量子化学概述、第一性原理计算、分子动力学计算、有限元方法计算。各章均附有课后习题以及融媒体资料。本书内容突出了应用性与新颖性的特点，力求全面、实用，注重理论与实践相结合。本书可作为高等学校教材，也可供从事材料专业及相关专业的师生参考。
目录1量子力学与量子化学基础11．1量子力学基础11．1．1经典物理学的“危机”和量子力学的诞生11．1．2爱因斯坦的光量子假说61．1．3原子的稳定性和玻尔的量子论81．1．4德布罗意物质波101．1．5波函数的统计诠释141．1．6薛定谔方程171．1．7一维方势阱(束缚态)241．1．8一维δ势阱281．1．9线性谐振子291．1．10一维势散射351．2量子化学基础391．2．1量子化学关于化学键的理论401．2．2分子轨道理论491．2．3配合物的化学键561．2．4别具一格的金属键601．2．5分子间的缔合键——氢键63习题652第一性原理计算在材料研究中的应用682．1密度泛函理论682．1．1Hartree方程702．1．2HartreeFock方法722．1．3密度泛函理论基础752．1．4HohenbergKohn定理762．1．5KohnSham方程772．1．6基函数812．1．7赝势文件892．1．8交换关联势942．1．9VASP程序的基本功能和常见参数962．2第一性原理计算在二维纳米材料中的应用实例1002．2．1石墨烯的本征力学性质1002．2．2石墨烯的基本电子结构1032．2．3石墨烯中的磁性1042．2．4石墨烯建模1072．2．5Linux系统操作基础1152．2．6VASP计算石墨烯能带、态密度1172．3第一性原理计算在三维材料中的应用实例1222．3．1SiC光学性质计算1222．3．2磁性计算1262．3．3锐钛矿表面H2O分解130习题136参考文献1363分子动力学在材料研究中的应用1383．1分子动力学介绍1383．1．1分子动力学模拟的概念1383．1．2MD模拟的应用与意义1383．1．3MD模拟的发展趋势1393．2分子的物理模型1413．2．1分子的物理模型在化学中的作用1413．2．2原子、分子的几何模型1433．2．3分子的经典力学模型1463．3分子间相互作用1523．3．1分子间相互作用与势函数1523．3．2分子间特殊势函数1543．3．3分子间相互作用的起源1553．3．4氢键相互作用1583．3．5常用分子间相互作用势函数1583．3．6金属势1613．4分子动力学方法1623．4．1分子动力学模拟的基本原理1623．4．2分子动力学的基本思想和计算流程1633．4．3分子体系的运动方程1653．4．4原子势函数1673．4．5边界条件、初始条件1683．4．6数值求解方法1683．5分子动力学模拟实例1713．5．1程序与模块1713．5．2分子模型的创建与优化1763．5．3水分子的扩散系数计算1843．5．4分子及团簇的分子动力学模拟1873．5．5多相体系的分子动力学模拟——气液界面水/气体系196习题202参考文献2024有限元方法在材料研究中的应用2084．1有限元法简介及其发展历史2084．2有限元法原理2094．2．1数学基础理论2104．2．2工程问题中的数学物理方程2154．2．3弹性理论2184．2．4变分函数2204．2．5插值函数2234．2．6形状函数2254．2．7连通性2284．2．8刚度矩阵2294．2．9边界条件2294．3有限元方法2294．3．1变分原理2294．3．2伽辽金(Galerkin)逼近2334．3．3联系偏微分方程2384．4有限元法的应用2384．4．1近代梁工程的有限元方法2384．4．2Maxwell方程组的有限元解2484．4．3结构振动的有限元分析2534．4．4弹塑性问题的有限元分析258习题263
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