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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