课程简介
作为与理论分析和实验观测并列的研究方法，计算材料为材料学提供了新颖、有效的研究手段，弥补理论和实验的不足。随着模型与算法的成熟，通用软件的出现，使得计算材料学的广泛应用成为现实。计算材料学基础知识的掌握已成为现代材料工作者必备的技能之一。
本课程从微观粒子（原子、电子）到宏观连续体等多尺度多层次介绍计算材料学的基本概念、主要研究方法和技术。本课程重点讲授第一性原理从头算法、分子动力学、有限元法等模拟技术在材料科学与工程领域中的应用。
课程内容涵盖从纳观、微观到宏观多种研究层次，帮助学生建立跨时间和跨空间的研究视野；以研究尺度为线索，设计了包括基本原理、计算流程、建模方法等理论内容与材料研究典型算例等实践内容，实现立足于本科专业知识的横向拓宽及面向研究生科研能力的纵向贯通。
课程理论内容聚焦在基本概念，避免过于频繁的关注离散信息和单一技能，保证覆盖足够的知识广度；阐述理论框架下的重要算法、重要概念，没有超量载入内容，适合本科学生及社会学习者；实践算例设计有突出材料研究使用情境，理论与实践环节连贯，应用性目的强烈。
课程大纲
给我一个学习计算材料学的理由
1.1 材料科学的最前沿， 你当真不约？
1.2 课程讲些什么？ 适合我吗？
1.3 课表已爆满， 请给我一个学习计算材料学的理由
1.4 计算材料老司机需要哪些能力？
计算方法概述
2.1 尺度与层次结构
2.2 计算材料学的理论体系
2.3 计算方法应用领域1分钟速览
量子力学的方法
3.1 量子论的提出
3.2 状态与波函数
3.3 薛定谔方程
3.4 方法和基组
3.5 势能面
3.6 密度泛函
量子力学方法项目专题
4.1 高斯软件介绍
4.2 高斯软件应用案例
4.3 动手做一做
分子动力学方法
5.1 发展历史与基本思想
5.2 系综
5.3 力场
5.4 数值方法
5.5 结果分析
5.6 基本概念回顾
分子动力学方法项目专题
6.1 角膜塑形镜也要呼吸
6.2 分子动力学应用实例
6.3 分子动力学模拟基本步骤
6.4 动手做一做
有限元方法
7.1 有限元方法简介
7.2 直接刚度法求解弹簧状态
7.3 杆系统的稳态分析
7.4 热传导系统稳态分析
有限元方法项目专题
8.1 初识ANSYS
8.2 你的眼镜经受住“烤问”吗？
8.3 预测材料的断裂位置
8.4 动手做一做
1.1 材料科学的最前沿， 你当真不约？
1.2 课程讲些什么？ 适合我吗？
1.3 课表已爆满， 请给我一个学习计算材料学的理由
1.4 计算材料老司机需要哪些能力？
计算方法概述
2.1 尺度与层次结构
2.2 计算材料学的理论体系
2.3 计算方法应用领域1分钟速览
量子力学的方法
3.1 量子论的提出
3.2 状态与波函数
3.3 薛定谔方程
3.4 方法和基组
3.5 势能面
3.6 密度泛函
量子力学方法项目专题
4.1 高斯软件介绍
4.2 高斯软件应用案例
4.3 动手做一做
分子动力学方法
5.1 发展历史与基本思想
5.2 系综
5.3 力场
5.4 数值方法
5.5 结果分析
5.6 基本概念回顾
分子动力学方法项目专题
6.1 角膜塑形镜也要呼吸
6.2 分子动力学应用实例
6.3 分子动力学模拟基本步骤
6.4 动手做一做
有限元方法
7.1 有限元方法简介
7.2 直接刚度法求解弹簧状态
7.3 杆系统的稳态分析
7.4 热传导系统稳态分析
有限元方法项目专题
8.1 初识ANSYS
8.2 你的眼镜经受住“烤问”吗？
8.3 预测材料的断裂位置
8.4 动手做一做