MatCloud+材料云:高通量多尺度全流程的国产材料集成设计工业软件

人们对工业软件的理解大多为基于宏观有限元的模拟仿真,然而计算模拟很多时候还需深入到电子、原子和分子层次。为此,研发了微观多尺度材料集成设计工业软件MatCloud+材料云,不仅将建模、计算流、材料数据库、计算集群以及AI算法等一体化置于云端,而且研发了自主可控的第一原理计算和分子动力学程序包,积累材料数据近千万。高校和科研院所用户无需下载安装,通过浏览器即能开展高通量多尺度模拟。企业用户可部署私有云,通过“软件定义”方式,快速将碎片化的实验数据结构化,并与高通量计算数据融合开展材料智能设计。MatCloud+材料云的开发,打破了微观多尺度材料集成设计工业软件被国外垄断的局面。

基于特征值分析的多尺度结构优化设计方法

基于特征值分析,提出了多尺度结构优化设计方法.该方法被用于分析宏观结构上作用有最不利荷载时,使宏观结构刚度最大的宏观拓扑结构和微观材料分布.引入约束条件为最不利荷载的Euclid范数等于1,根据Rayleigh-Ritz定理,可以将结构的柔顺度转换为一个与局部荷载向量维数相同的对称矩阵,这样就将作用有最不利荷载的柔顺度最小问题转换为求解对称矩阵的最大特征值最小问题,同时最不利荷载可以通过最大特征值矩阵的特征向量求得.最后通过算例验证所提多尺度结构优化设计方法的有效性,并说明宏观拓扑结构和微观材料分布的合理性.所提出的多尺度优化方法具有迭代稳定、收敛迅速等特点.该文拓扑优化中密度函数的更新是基于灵敏度分析和移动渐近线方法(method of moving asymptotes,MMA).

计算材料学与材料结构的层次

首先从系统论的角度指出材料系统是一个复杂系统 ,接着分析了材料结构的尺度和层次问题及其影响 ,并介绍了计算材料学的产生和发展 ,最后讨论了这些认识和进展所提供的启示。这些启示可能会对材料科学家和材料工程技术人员今后的工作有一定的参考价值和促进作用。

混凝土微观力学基础研究进展及应用展望

混凝土是现代土木工程建设的基础和关键结构材料,现代工程建设的发展对混凝土性能提出新的挑战。水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化最重要的产物(约占水化产物的70%),也是混凝土中最重要的胶结性物质,起到胶结砂石骨料、发挥强度的关键作用。在微观尺度上,C-S-H是一种多孔介质材料,组成结构十分复杂。因此,对C-S-H微观力学性能进行解析和设计,是认识和提高水泥基材料宏观力学性能的关键,同时也是混凝土研究领域的基础科学问题。该文旨在介绍混凝土微观力学性能表征方法、混凝土微观力学计算理论以及其在混凝土应用过程的新发现,同时展望混凝土微观力学在工程建设中的应用。

集成高通量实验与计算的钛合金快速设计

本项目针对如何实现材料快速设计的问题，选取钛合金为范例，集成高通量实验与第一原理计算、相图热力学计算与扩散动力学模拟、相场微观组织模拟等多种材料研究与设计手段。系统而快速地建立新的预测成分相组织结构性能的理论体系和数据库，并开发模拟材料相变过程和屁微组织的系统方法，来缩短新材料设计和研发的时间，为我国各行各业的材料自主创新探索出材料设计的新途径；在发展材料设计方法的同时，