金属材料多尺度计算模拟技术与应用

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金属材料多尺度计算模拟技术与应用：微观机理到宏观性能的集成工作流培训大纲

模块	授课内容与技术方法
第一部分 多尺度模拟基础与微观机理	1. 理论内容： 1.1. 金属材料多尺度模拟范式：从电子结构到宏观性能的跨尺度关联 1.2. 第一性原理计算基础：密度泛函理论（DFT）的基本假设、泛函选择及标准计算流程 1.3. 分子动力学模拟核心：经典势函数的物理内涵、适用范围与验证原则；LAMMPS 的基本建模思想 1.4. 跨尺度参数传递的基本原则：从电子/原子尺度计算获取 2. 实践内容：（从参数计算到原子尺度变形模拟） 案例1：金属物性计算—后续微观 / 跨尺度计算的基准前提 l 计算晶格常数：构建原子模型（纯金属、缺陷、合金）的几何基础 l 计算体积模量：反映材料抵抗体积压缩的能力 l 计算弹性常数矩阵：连续尺度本构模型的直接输入参数 l 计算空位形成能与迁移能垒：揭示材料的 “动态响应机制” l 计算简单合金体系的形成能：从纯金属到实际合金的体系扩展，判断合金的热力学稳定性，为介观组织模拟提供基础。 案例2：纳米线拉伸变形的MD模拟 —跨尺度塑性机制的核心桥梁 l 构建金属纳米线模型并施加载荷，复现材料动态受力场景 l 可视化解析塑性微观机制：追踪原子轨迹，分析位错的形核位点等 l 量化多因素影响规律：对比不同温度与加载速率下位错运动特征，理解热激活过程与尺度效应
第二部分 相场方法： 微观组织演化与断裂模拟	1. 理论内容： 1.1. 相场法核心思想 1.2. 相场热力学动力学耦合模型 1.3. 相场模型参数物理意义 1.4. 相场模型参数化分析：如何利用第一部分计算结果校准相场模型中的关键参数（如界面能、迁移率） 2. 实践内容：（从微观组织演化到裂纹扩展） 案例：微观组织演化模拟 —连接微观参数与宏观性能的关键纽带 l 模拟凝固枝晶生长行为 l 固态相变核心过程：模拟固态相变过程中新相的形核与生长 l 模拟多晶晶粒生长行为 l 探究 Zener 钉扎调控机制：在多晶模型中引入第二相粒子，研究钉扎效应对晶粒长大的抑制机制 案例：锯齿型晶界对裂纹扩展的抑制机制—抗裂材料微观结构设计的支撑 l 构建含不同曲率锯齿形晶界的双晶模型：引入初始微裂纹 l 解析裂纹扩展动态机制：采用相场 - 力学耦合方法施加外载，模拟并分析裂纹尖端塑性区演变及裂纹扩展路径 l 验证抗裂优化设计准则 l 关联疲劳损伤演化规律：研究循环载荷下裂纹的扩展行为
第三部分 晶体塑性有限元模拟与多尺度衔接	1. 理论内容： 1.1. 晶体塑性理论框架 1.2. 晶体塑性有限元在科学软件中实现 1.3. 多尺度数据传递策略与模型验证 2. 实践内容：（从单晶到多晶的塑性响应预测） 案例：晶体塑性本构模型的单晶验证 l 滑移系开动的数值模拟：基于弹性常数与滑移系参数，模拟典型滑移系的启动与演化过程，验证本构模型 l 分析单晶各向异性力学响应：模拟单晶在不同取向下的拉伸与压缩变形，分析各向异性响应 案例：基于真实微观结构的多晶宏观性能预测 l 微观组织 - 有限元网格映射：将相场法生成的微观组织图像通过脚本转换为有限元网格，实现微观结构与数值模型的对应。 l 多晶宏观力学响应计算：构建多晶代表性体积单元，施加周期性边界条件，计算宏观应力-应变响应。 l 组织 - 性能定量关联分析：讨论组织特征（晶粒尺寸、取向分布）对整体力学性能的影响 案例：循环载荷下的疲劳损伤与织构演化分析 l 模型构建与循环载荷模拟：基于相场微观组织特征建立三维多晶RVE模型，模拟循环加-卸载过程。 l 疲劳损伤与织构演化耦合分析
第四部分 金属液铸造成型过程模拟与应用实例	1. 理论内容 1.1 铸造成型过程模拟软件（EasyCast）概述 1.2 流场、温度场控制方程及求解 1.3 缺陷预测 1.4 与相场微观组织模拟耦合 2. 实践内容：（为企业界优化铸造工艺，带来经济效益） l 舱体、轮毂、隔板件等铸造成型过程建模仿真
第五部分 集成工作流与论文实例解读与复现	1. 理论内容： 1.1. 专题研讨：相场-扩散耦合模拟在金属氢致裂纹问题中的应用 1.2. 专题研讨：基于晶体塑性有限元CPFEM的高温蠕变损伤分析 1.3. 多尺度模拟结果在科研论文中的有效呈现与数据解读技巧 1.4. 集成工作流设计原则：针对特定科学问题，选择和组合多尺度方法 2. 实践内容：（前沿论文总结与复现） 案例：典型多尺度模拟论文精读与关键结果复现 l Serrated grain boundary modulation inhibits nano cracks propagation in pure magnesium: A phase field crystal and quasi in-situ EBSD study, Acta Materialia, 301(2025):121573 . l Enhancing plasticity in BCC Mg-Li-Al alloys through controlled precipitation at grain boundaries, International Journal of Plasticity,181(2024):104105

一、讲师介绍：

讲师来自国内著名高校，课程由教授/博导带领研究小组讲授。该小组长期致力于相场法集成计算、高性能镁合金制备、铸造软件研发、半固态注射挤压铸造设计等相关研究，迄今发表高质量 SCI 论文 300 余篇（含 ESI 高被引论文 30 篇次），担任 npj Compu. Mater.、China Foundry、航空学报等国内外重要期刊编委。团队主持国家自然科学基金、科技部重点研发、国防科工局等项目，获得省部级科技一等奖10项。

二、时间地点：

2026年01月24日-01月25日     在线直播（授课两天）

2026年01月31日-02月01日     在线直播（授课两天）

三、报名费用：

每人￥4600元（含报名费、培训费、资料费）

2026年1月5日前报名缴费可享受300元早鸟价优惠

老学员或两人（含）以上团报可享受每人额外200元优惠

费用提供用于报销的正规机打发票及盖有公章的通知文件；北京中科纬来智能科技有限公司作为本次会议会务合作单位，负责注册费用收取和开具发票，可开具会议费发票和发送会议邀请函；

四、增值服务：

1、凡报名学员将获得本次培训电子课件及案例模型文件；

2、培训结束后提供全程录播视频，支持两年内无限次回放；

3、参加培训并通过试的学员，可以获得：主办方北京软研国际信息技术研究院培训中心颁发的《金属材料多尺度模拟与应用工程师》专业技能结业证书；

五、联系方式：

官方联系人:互动派科宇老师     电话、微信：13520456594