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绪论 材料设计研究进展 1

第1篇 材料现代设计理论 9

第1章 现代电子理论 9

1.1 原子间的相互作用及自由电子近似 9

1.2 近自由电子近似 16

1.3 布里渊区理论 19

1.4 第一原理与密度泛函思想 22

1.5 Thomas-Fermi理论与Kohn-Sham泛函 23

1.6 原子的作用力 26

第2章 现代化学键理论 28

2.1 Heitler-London方法 28

2.2 单组态的价键理论 30

2.3 多组态的价键理论 36

第3章 分子动力学基础 43

3.1 分子动力学的基本原理及特点 43

3.2 平衡态分子动力学模拟理论 44

3.3 非平衡态分子动力学模拟 49

第4章 高分子材料设计基础 51

4.1 高分子设计概论 51

4.2 高分子材料的性质 55

4.3 高分子设计的理论基础 59

4.4 高分子设计方法 61

第5章 复合材料设计基础 70

5.1 复合材料设计概述 70

5.2 连续纤维增强塑料力学基础 72

5.3 短纤维增强复合材料的特性 96

5.4 预测颗粒增强复合材料的强度 101

第6章 陶瓷材料设计基础 102

6.1 陶瓷设计概述 102

6.2 陶瓷组分优化设计 106

6.3 陶瓷韧化设计 111

第2篇 材料设计方法与计算技术 113

第7章 蒙特卡罗方法 113

7.1 蒙特卡罗方法概述 113

7.2 随机数与伪随机数 115

7.3 任意分布的伪随机变量的抽样 119

7.4 蒙特卡罗计算中减少方差的技巧 128

第8章 分子动力学模拟计算技术 132

8.1 运动方程的数值解法 132

8.2 分子动力学模拟的一般步骤 134

8.3 平衡态分子动力学模拟 138

8.4 量子分子动力学方法 142

第9章 材料设计专家系统 146

9.1 专家系统的原理和结构 146

9.2 专家系统的构建 147

9.3 PZT专家系统 149

第3篇 材料计算设计专题汇编 155

专题1合金设计方法及应用 155

1合金设计方法与步骤 155

2合金力学性能预测 158

3合金的计算设计 165

专题2金属凝固组织与凝固过程模拟 172

1金属凝固组织的计算和仿真 172

2铸坯凝固过程计算和模拟 175

3金属形成过程组织演变的Cellular-Automation模拟 180

专题3多晶材料晶粒生长的蒙特卡罗模拟 187

1引言 187

2正常晶粒生长模拟 187

3异常晶粒生长模拟 191

专题4分子动力学计算与模拟技术应用 195

1球形分子液体的模拟 195

2 NiAl应力诱发马氏体的模拟 199

3分子动力学计算在材料科学中的应用 205

专题5人工神经网络在材料设计中的应用 209

1人工神经网络简述 209

2人工神经网络建立模型 209

3人工神经网络应用 211

专题6梯度功能材料（FGM）设计 216

1 FGM的概念 216

2 FGM的研究方法与设计理论 217

3 TiC/Ni FGM结构优化与热应力缓和行为的数值计算 220

4 FGM组成分布的优化设计 226

5 FGM薄膜的设计原则 227

专题7多层吸波材料的计算和设计 231

1跟踪计算法 231

2反射系数的计算公式 233

3多层吸波材料的分层组配 235

4多层吸波材料的优化设计 236

5计算设计实例 238

专题8三维编织复合材料性能预报 253

1三维机织复合材料设计基础 253

2三维机织复合材料力学分析模型及验证 254

3三维编织复合材料弹性性能预报 258

4三维编织复合材料的强度预报 262

5三维编织复合材料热膨胀系数预报 269

6三维编织复合材料湿膨胀系数预报 274

专题9材料科学中的第一性原理计算 277

1TiC作为铁素体异致形核核心的第一性原理计算 277

2 Fe7-xCrxC3多组元碳化物结构的稳定性、弹性及电性能的第一性原理研究 286

参考文献 295