Наука о вычислительном материаловедении

• Основы моделирования материалов

  • Моделирование материалов включает в себя изучение поведения материалов на атомном, молекулярном и макроскопическом уровнях. 
  • Методы моделирования варьируются от молекулярной динамики до методов континуума и клеточных автоматов. 

• Атомное моделирование

  • Молекулярная динамика (MD) и квантовая механика (QM) используются для изучения поведения атомов и молекул. 
  • Методы молекулярной динамики включают в себя методы Монте-Карло и методы молекулярной динамики с адаптацией к конкретным задачам. 

• Методы молекулярной динамики

  • Методы молекулярной динамики основаны на решении уравнений движения атомов и молекул. 
  • MD включает в себя методы, такие как молекулярная динамика с адаптацией к конкретным задачам и методы, основанные на теории функционала плотности. 

• Методы континуума

  • Методы континуума основаны на решении уравнений движения для описания поведения материалов на макроскопическом уровне. 
  • Методы континуума включают в себя методы конечных элементов и методы, основанные на фазовых полях. 

• Динамика дислокаций

  • Дискретная дислокационная динамика (DDD) моделирует движение дислокаций в металлах. 
  • DDD включает в себя моделирование дислокаций как набора узлов и вычисление сил, действующих на узлы. 

• Фазовое поле

  • Методы фазового поля фокусируются на межфазном движении и границах раздела. 
  • Фазовые поля используют функционал свободной энергии и кинетику для описания распространения границ раздела. 

• КАЛФАД

  • Метод CALPHAD используется для расчета фазовых диаграмм и оптимизации процессов обработки материалов. 

• Сравнение методов

  • Каждый метод моделирования имеет свои фундаментальные единицы измерения, временные масштабы и модели. 

• Многомасштабное моделирование

  • Многомасштабное моделирование объединяет методы на разных уровнях точности и масштабах. 
  • Примеры включают параллельное и иерархическое многомасштабное моделирование. 

• Разработка модели

  • Для построения модели материалов часто требуется информация из других, более низких масштабов. 
  • Примеры включают разработку межатомной модели с использованием теории функционала плотности. 

• Программное обеспечение и инструменты

  • Программное обеспечение для моделирования включает в себя коммерческие коды, коды с открытым исходным кодом и лабораторные программы. 

• Конференции и журналы

  • Конференции по материаловедению и смежным дисциплинам включают в себя компьютерные исследования. 
  • Журналы по материаловедению и смежным дисциплинам приветствуют исследования в области вычислительных материалов. 

• Смежные области

  • Вычислительное материаловедение пересекается с вычислительной химией, вычислительной физикой и другими областями.