Multiscale Materials Modelling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Woodhead Publishing

作者:Z Xiao Guo

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2007-06-30

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9781845690717

丛书系列:

图书标签:

• Modelling
• Materialls
• 材料建模
• 多尺度建模
• 计算材料学
• 材料科学
• 数值模拟
• 材料力学
• 分子动力学
• 有限元分析
• 晶体塑性
• 相场模型

固体力学前沿：从原子尺度到宏观结构的数值模拟 书籍名称：《固体力学前沿：从原子尺度到宏观结构的数值模拟》 作者：[虚构作者姓名，例如：张伟, 李明] 出版社：[虚构出版社名称，例如：力学前沿出版社] --- 导言：多尺度问题的复杂性与挑战 在材料科学与工程领域，我们日益认识到材料的行为并非单一尺度的产物。从原子级别的键合、晶格缺陷的形成与迁移，到微观组织（如晶粒、第二相粒子）的演化，再到宏观尺度上的塑性变形、断裂与疲劳，每一个尺度上的物理机制都深刻影响着材料的最终性能。传统的工程力学方法往往侧重于宏观尺度的描述，而微观尺度的计算模拟（如密度泛函理论DFT或分子动力学MD）则在时间和空间尺度上受到严格限制。 本书《固体力学前沿：从原子尺度到宏观结构的数值模拟》旨在系统性地梳理和深入探讨如何利用先进的数值模拟技术，有效地桥接这些跨越数个数量级的尺度鸿沟，构建一个连贯、自洽的多尺度计算框架。本书的重点在于方法论的介绍、不同尺度模型的耦合策略，以及这些方法在解决实际工程问题中的应用潜力。 第一部分：微观尺度的基石——量子与原子模拟 本部分着重介绍那些直接涉及原子和电子行为的计算方法，它们为上层尺度模型的参数化和验证提供了基础数据。 第一章：基于密度的计算方法及其在材料特性预测中的应用 本章将详述密度泛函理论（DFT）的基本原理，包括 Kohn-Sham 方程组的求解、交换关联泛函的选择（LDA, GGA, meta-GGA）及其对能量、力场和电子结构的预测精度影响。重点讨论如何利用 DFT 计算点缺陷的形成能、迁移势垒以及弹性常数，并探讨投影缀加波（PAW）和赝势方法的选择对计算效率和精度的平衡。此外，还将涵盖计算晶格动力学，预测材料的弹性模量和声子谱，为热力学性能模拟奠定基础。 第二章：经典分子动力学模拟（MD）的构建与挑战 分子动力学模拟是连接量子尺度与介观尺度的重要桥梁。本章深入探讨经典 MD 的理论框架，包括牛顿运动方程的数值积分（如 Verlet 算法）和能量守恒的保证。核心内容在于势函数的构建——从基础的 Lennard-Jones 势到更复杂的嵌入式密度泛函（如 EAM, MEAM）的推导与应用。我们将详细讨论如何利用 MD 模拟材料在极端条件下的响应，例如高应变率下的塑性流动、位错的产生与运动，以及界面扩散过程。同时，也会指出 MD 模拟在时间尺度（皮秒到纳秒）上的固有局限性。 第二部分：介观尺度的衔接——晶格动力学与相场建模 介观尺度是微观结构特征（如晶界、位错线、析出相）开始表现出集体行为的尺度，理解这一尺度的演化至关重要。 第三章：粗粒化分子动力学（Coarse-Grained MD）与信息论方法 为了突破经典 MD 的时间尺度限制，本章介绍各种粗粒化策略。我们将分析如何通过系统的降维，将多个原子映射为一个粗粒度粒子。重点讨论基于统计力学原理的粗粒化方法，例如基于自由能最小化的技术。此外，本章还将介绍信息论在确定有效相互作用力中的应用，以及如何利用这些模型模拟软物质材料或高分子体系中的结构弛豫和相分离动力学。 第四章：相场方法在微观结构演化中的应用 相场（Phase Field）模型提供了一种描述材料界面动态演化和微观结构时空演化的强大工具。本章详细阐述基于 Ginzburg-Landau 或 Cahn-Hilliard 方程的建模框架。内容涵盖如何通过耦合应变场和温度场来描述相变过程（如析出相的生长、晶粒的粗化），以及如何将材料本征的驱动力项（如化学自由能、弹性应变能）纳入相场方程。本章将重点展示相场方法在预测材料时效析出和热力学不稳定性方面的优势。 第三部分：宏观尺度的连续介质力学与数值实现 宏观尺度的模拟主要依赖于连续介质力学和有限元方法（FEM），但要实现多尺度耦合，必须引入尺度依赖的本构关系。 第五章：先进的本构模型与尺度效应的引入 本章关注如何构建能够反映微观机制的宏观本构关系。我们将探讨粘塑性模型（如 Johnson-Cook, Zerilli-Armstrong 模型）的起源和局限性，以及如何通过对位错密度的演化（基于 MD 或晶体塑性学的输出）来修正硬化率。重点讨论晶体塑性有限元（CPFEM）的理论基础，如何利用晶体取向张量描述单晶或多晶体的应变演化，及其在预测织构形成中的应用。 第六章：多尺度建模的耦合策略：从“自上而下”到“自下而上” 这是全书的核心部分。本章系统地对比和分析目前主流的多尺度耦合策略： 1. “自上而下”（Top-Down）： 介绍如何利用微观模拟的结果（如 DFT 计算的界面能、MD 模拟的粘滞系数）作为宏观模型的输入参数，重点是均一化技术（Homogenization）。 2. “自下而上”（Bottom-Up）： 阐述如何将更精细尺度的模型（如 MD 单元）嵌入到宏观 FEM 网格中，如多尺度有限元（MSFEM）和混合法则（Hybrid Schemes）。我们将分析如何处理尺度间的边界条件传递问题（如原子-连续体界面）以及如何解决不同尺度模型计算效率的巨大差异。 第四部分：应用案例与未来展望 第七章：多尺度模拟在材料失效分析中的应用 本章通过具体的工程案例展示多尺度建模的威力。我们将分析如何利用耦合的尺度模型来研究疲劳裂纹的萌生与扩展，特别是裂纹尖端微观损伤的累积过程。此外，还将探讨如何模拟复合材料的界面脱粘和纤维断裂过程，通过不同尺度的精确模拟，预测材料在复杂载荷下的寿命。 第八章：展望：机器学习与数据驱动的尺度桥接 展望部分将讨论计算材料学领域的前沿发展趋势。重点关注机器学习（ML）在加速势函数开发（如高斯过程回归或神经网络势能面）中的作用，以及如何利用数据挖掘技术从海量模拟数据中提取跨尺度的物理规律。最后，探讨计算资源（如 GPU 加速）的发展对未来更大尺度和更长程模拟的推动作用，并对完全自洽的多尺度模拟系统的构建提出思考。 --- 目标读者： 本书适合材料科学、固体力学、计算物理、机械工程及相关专业的本科高年级学生、研究生以及从事计算材料学研究的科研人员和工程师。 本书特点： 本书不局限于介绍单一尺度的计算工具，而是致力于构建一个跨越原子、介观到宏观的完整模拟体系，强调不同尺度模型之间的物理关联和数值耦合技术，为解决前沿工程难题提供坚实的理论和方法基础。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

这本书我拿到手已经有一段时间了，期间我也尝试着阅读了一部分，但说实话，作为一个对多尺度材料建模这个领域只有大致了解的读者，我发现自己在这本书的海洋里有些迷失方向。书的厚度就足以让人望而却步，更不用说那些我从未接触过的复杂数学公式和理论推导了。我本以为这本书会像一本详尽的指南，一步步地教我如何从微观尺度上的原子排列，逐步过渡到宏观尺度上的材料性能预测，但现实远比我想象的要“硬核”。书中充斥着大量的术语和概念，例如“分子动力学”、“有限元分析”、“晶格动力学”等等，这些词汇对我来说就像来自另一个维度的语言。我尝试着去理解其中的物理原理，比如原子间的相互作用力如何影响材料的弹性模量，或者缺陷如何在微观尺度上影响材料的强度，但是作者在解释这些概念时，往往直接跳到了数学模型的构建，留给我的是一堆我无法理解的方程。这本书更像是为那些已经在该领域有深厚基础的研究者准备的，他们能够迅速抓住作者的思路，并从中找到自己需要的知识。对我而言，这本书更像是一本“天书”，虽然它可能蕴含着关于材料科学最前沿的知识，但我需要付出更多的时间和努力，甚至可能需要额外的背景知识来啃下这块“硬骨头”。我不得不承认，这本书的深度和广度远远超出了我的预期，它所涵盖的理论体系之庞大，模型之复杂，确实让我感到一种知识上的震撼，也让我对材料科学这个领域有了更深的敬畏之情。

评分☆☆☆☆☆

《Multiscale Materials Modelling》这本书，我认为它最突出的特点在于其对“材料理解的深度”的追求。作者并没有仅仅停留在对现有材料性能的描述，而是深入探究了这些性能是如何从更基本的原子和分子层面的相互作用中产生的。我看到书中详细介绍了如何利用第一性原理计算来揭示材料的电子结构和化学键，如何通过分子动力学模拟来研究材料的缺陷、相变和动力学过程，以及如何将这些微观的信息，通过介观尺度模型，传递到宏观层面，从而预测材料的宏观性能。这种“由内而外”的分析方式，让我对材料有了更深刻的理解。我尤其对书中关于“尺度耦合”的讨论印象深刻，作者详细介绍了多种不同的耦合策略，并对它们的优缺点进行了详尽的分析。这让我意识到，多尺度建模并非一成不变的公式，而是需要根据具体的材料体系和研究问题，选择最合适的建模方法和耦合策略。这本书为我提供了一个非常全面的知识体系，让我对多尺度材料建模的各个方面都有了更深入的了解，并且也为我指明了未来在材料科学领域进一步探索的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象是其对不同尺度下材料行为的深刻洞察。作者通过细致入微的分析，揭示了从原子排列到宏观力学性能之间的复杂联系。我注意到书中花了大量的篇幅来讲解如何通过微观模拟来提取材料的本征属性，例如弹性模量、屈服强度、热膨语膨胀系数等，这些参数随后会被用来驱动更宏观尺度的模型。这种“自下而上”的建模思路，对于理解材料性能的根源至关重要。我尤其欣赏书中对于“多尺度耦合”这一复杂问题的处理方式。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了实际操作中的各种挑战，例如如何在不同尺度之间有效地传递信息，如何处理边界条件，以及如何保证整个模拟的收敛性和准确性。书中提供了一些具体的案例研究，展示了如何将这些方法应用于实际的材料设计问题，例如预测合金的疲劳寿命，或者设计具有特定热学性能的复合材料。虽然我还没有完全消化其中的所有内容，但这本书已经极大地拓宽了我对材料科学的认知边界，让我看到了通过计算模拟来指导材料研发的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

我对于《Multiscale Materials Modelling》这本书的印象，首先是它所呈现出的那种严谨而系统的学术风格。从书本的装帧设计到章节的逻辑编排，都透露出一种一丝不苟的专业态度。书中的内容，我粗略翻阅了一下，感觉作者在讲解多尺度材料建模的方法论时，确实是煞费苦心。他并非简单地罗列各种模型，而是试图建立一个清晰的框架，将不同尺度下的建模方法有机地联系起来。我看到书中详细地介绍了如何将基于第一性原理计算的微观性质，通过某种“桥梁”式的建模方法，传递到介观尺度，进而影响宏观材料的行为。这种循序渐进的思路，对于想要深入理解多尺度建模“是怎么做到的”的读者来说，无疑是极有价值的。我尤其对书中关于如何处理尺度之间的“信息传递”这一核心问题感到好奇。毕竟，从原子层面的几纳米到工程应用中的几厘米甚至几米，这之间的尺度跨度是巨大的，如何有效地将微观的细节映射到宏观的性能，这是多尺度建模的精髓所在。虽然书中大量的数学公式和复杂的算法让我一时难以消化，但我能够感受到作者在试图构建一个能够解决实际工程问题的理论体系。这本书的价值，我认为更多地体现在它所提供的方法论和思想框架上，它不仅仅是关于“是什么”，更是关于“怎么做”。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开《Multiscale Materials Modelling》这本书时，我被它所呈现的丰富的理论内容和严谨的学术风格所折服。书中的每一个章节都像是精心打磨过的宝石，闪烁着智慧的光芒。作者在讲解多尺度建模的各个组成部分时，都力求做到全面而深入。我看到了关于量子力学计算（如DFT）在材料性质预测中的应用，也了解了分子动力学模拟如何描述原子和分子的动态行为。更让我感到惊喜的是，书中还详细介绍了如何将这些微观的信息，通过介观模型（如有限元方法、晶格动力学）传递到宏观层面，最终预测材料的宏观性能。我尤其关注书中对于“耦合方法”的讨论，作者列举了多种不同的耦合策略，并对其适用性和局限性进行了详尽的分析。这让我意识到，多尺度建模并非一成不变的公式，而是需要根据具体的材料体系和研究问题，选择最合适的建模方法和耦合策略。这本书为我提供了一个非常全面的知识体系，让我对多尺度材料建模的各个方面都有了更深入的了解。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象是它对“理论与实践相结合”的重视。作者在讲解各种多尺度建模方法时，不仅提供了扎实的理论基础，还结合了大量的案例研究和计算实例。我看到书中如何利用密度泛函理论来计算材料的电子结构和化学键，如何通过分子动力学模拟来研究材料的缺陷行为和动力学过程，以及如何将这些微观信息用于驱动宏观的有限元分析，以预测材料在实际工况下的力学响应。这种从微观到宏观的层层递进的思路，非常有助于我理解材料性能是如何由其内在的微观结构所决定的。我特别欣赏书中对于“尺度传递”这一复杂问题的处理方式。作者详细介绍了各种“桥接模型”和“耦合技术”，例如基于势能的耦合、基于力的耦合以及基于数据的耦合等等。这些方法为我提供了一个清晰的框架，让我知道如何将不同尺度下的模型有效地连接起来。虽然我还没有完全掌握其中的所有算法细节，但我已经能够感受到，这本书将为我未来的材料研究提供非常有价值的指导。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我购买《Multiscale Materials Modelling》这本书，是出于对当前先进材料科学研究的好奇，以及希望能够了解一些前沿的计算方法。在我的专业领域，我们经常需要处理复杂的材料行为，而传统的宏观模型往往在捕捉一些细微的性能变化时显得力不从心。我希望通过阅读这本书，能够对如何利用多尺度建模来更精确地预测材料性能有所了解。当我拿到书后，我首先被它扎实的理论基础所吸引。书中对于各种力学模型、热力学原理以及统计物理学的阐述，都相当透彻。作者并没有回避这些基础概念，而是将其作为构建多尺度模型的基础。这对于我来说，是一次很好的知识梳理。然而，我也发现，要真正掌握书中介绍的建模技术，需要具备相当强的数学功底和编程能力。书中的很多例子都涉及到复杂的数值模拟，需要读者能够理解并实现相关的算法。我目前在这方面还有一定的欠缺，所以只能算是“浅尝辄止”。但我相信，对于那些有志于深入研究材料模拟的读者来说，这本书无疑是一本宝贵的参考资料。它所提供的方法，可以帮助我们更深入地理解材料的内在机制，从而设计出性能更优越的新型材料。

评分☆☆☆☆☆

《Multiscale Materials Modelling》这本书，我个人觉得它最吸引我的地方在于它所展现的“整体性”视角。在传统的材料科学学习中，我们往往会将微观结构、介观行为和宏观性能割裂开来学习，而这本书则试图将它们融会贯通。作者构建了一个完整的框架，从最基本的原子相互作用开始，一步步地推演到材料的宏观响应。我看到书中对于“连续化”和“离散化”之间的转换进行了详细的阐述，这对于我理解如何将量子力学计算的结果，转化为经典的连续介质力学模型中使用的参数，提供了重要的启示。书中还探讨了各种统计平均方法，例如如何从大量的原子轨迹中提取出宏观的应力-应变曲线，或者如何将晶体缺陷的分布信息，映射到材料的整体强度上。我尤其对书中关于“表征尺度”的概念印象深刻，作者强调了在不同的尺度下，我们需要采用不同的建模方法和近似手段，并且要明确每种方法所适用的尺度范围。这对于避免在建模过程中出现“尺度混淆”至关重要。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本关于如何系统性地理解和预测材料行为的哲学指南。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够系统介绍多尺度材料建模理论和方法的书籍，而《Multiscale Materials Modelling》似乎正是我的目标。我非常欣赏这本书的结构安排，它将整个多尺度建模过程分解成若干个关键的组成部分，并逐一进行详细的阐述。从最基础的原子尺度模拟，如密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD），到介观尺度的相场模型（Phase-Field）和晶格动力学，再到宏观尺度的有限元方法（FEM）以及更高级的连续介质力学模型，书中都进行了相当深入的探讨。我特别关注书中关于如何将不同尺度模型进行耦合的部分，因为这是多尺度建模的核心挑战之一。作者在这一部分，介绍了几种主流的耦合策略，包括基于势能的耦合、基于力的耦合以及基于数据的耦合等等，并对它们的优缺点进行了分析。这些内容对于我理解不同模型之间的“接口”问题非常有帮助。虽然我可能无法立刻掌握书中所有的数学推导和算法细节，但这本书为我提供了一个非常清晰的路线图，让我知道在多尺度建模领域，有哪些方法和技术是需要我去学习和掌握的。它为我打开了通往更深层次材料理解的大门。

评分☆☆☆☆☆

我购买《Multiscale Materials Modelling》这本书，是希望能从中找到一些关于如何进行“跨尺度”研究的思路。在我的研究工作中，经常会遇到一些现象，其根源可以追溯到微观层面，但其表现形式却是宏观的。例如，材料的断裂行为，往往与微观的晶界滑移、位错运动等密切相关，但我们最终观测到的却是宏观的裂纹扩展。如何将这些不同尺度的信息有效地结合起来，一直是困扰我的问题。这本书，我发现它确实提供了一些非常有价值的解决方案。书中详细介绍了各种“桥接模型”，例如介观力学模型，它们能够充当微观和宏观模型之间的“翻译器”，将微观的信息传递到宏观层面。我尤其对书中关于“相场模型”的应用感到兴趣，这种模型能够描述材料在介观尺度上的相变和形核生长过程，进而影响宏观的组织结构和性能。虽然我还没有完全掌握其中的具体算法，但我已经能够从中感受到，通过多尺度建模，我们可以更加精准地理解材料的内在机制，并以此为基础来设计具有特定功能的材料。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆