材料科學的發(fā)展始終與人類文明的進步息息相關，從石器時代到信息時代，每一次材料的革新都推動著社會生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。在當下新工科建設與雙碳目標的時代背景下，材料科學正朝著智能化、綠色化、功能化方向深度演進，傳統(tǒng)實驗研究已難以滿足新材料研發(fā)的效率需求與理論深度要求。在此背景下，材料模擬技術憑借其在原子尺度機制解析、宏觀性能預測及多尺度耦合分析等方面的獨特優(yōu)勢，成為連接材料理論設計與工程應用的關鍵橋梁。本書的撰寫，旨在系統(tǒng)梳理材料模擬的核心理論、主流方法及典型應用，為材料學科研究者與工程技術人員提供兼具學術深度與實踐價值的專業(yè)參考。
進入21世紀以來，材料模擬技術在第一性原理、分子動力學、有限元分析等方法的推動下，已從輔助研究手段發(fā)展為獨立的學科分支。無論是能源材料領域的氫能存儲機制探索，還是建筑材料領域的混凝土耐久性優(yōu)化，材料模擬均展現(xiàn)出精準預測與機理解析的雙重價值。然而，當前國內(nèi)相關著作或側(cè)重理論推導而缺乏工程案例，或聚焦單一軟件應用而忽視方法體系構(gòu)建，難以滿足多學科交叉背景下的研究需求�；�于此，本書以理論-方法-軟件-應用為主線，既整合材料模擬的基礎理論框架，又結(jié)合大連海洋大學在海洋工程材料、能源材料等領域的研究積累，力求填補這一空白，為材料模擬技術的普及與創(chuàng)新提供系統(tǒng)性支撐。
本書共設7章，構(gòu)建了基礎理論-數(shù)值方法-軟件工具-材料應用-未來趨勢的完整體系：第1章緒論梳理材料模擬的學科脈絡與發(fā)展歷程；第2章系統(tǒng)闡釋第一性原理計算、分子動力學、蒙特卡羅及有限元等核心數(shù)值方法的原理與適用場景，為讀者奠定理論基礎；第3章聚焦VASP、Materials Studio、Gaussian、ANSYS、ABAQUS等主流模擬軟件，從理論基礎、應用領域、操作流程到技術優(yōu)勢進行深度解析，兼具技術手冊的實用性與學術著作的嚴謹性；第4章至第6章分別針對功能材料（氫能、磁性、極端環(huán)境材料）、高分子材料（橡膠、塑料）、建筑材料（混凝土、鋼材），結(jié)合大連海洋大學在海洋工程中的研究實踐，通過具體模擬案例展示技術落地路徑；第7章基于當前技術瓶頸與學科前沿，從多尺度耦合、人工智能融合、綠色模擬等方向展望材料模擬的發(fā)展藍圖，為研究者提供創(chuàng)新思路。
本書適用于材料科學與工程、化學工程、土木工程、海洋工程等專業(yè)的高年級本科生、研究生及科研工作者，亦可供從事新材料研發(fā)的企業(yè)技術人員參考。對于初學者，建議按緒論數(shù)值方法軟件工具的順序循序漸進，重點掌握各類方法的適用邊界；對于有一定基礎的研究者，可直接從第4章開始，結(jié)合自身研究領域（如氫能存儲、混凝土耐久性）查閱對應模擬案例；工程技術人員則可重點關注第3章的軟件操作與第6章、第7章的應用實踐，將模擬技術與實際工程問題結(jié)合。
本書由大連海洋大學海洋科技與環(huán)境學院牛雪蓮和海洋與土木工程學院劉昌鳳老師共同編寫。特別感謝大連海洋大學海洋與土木工程學院陳昌平教授對本書的指導與支持。陳昌平教授在材料模擬技術與海洋工程交叉領域的學術洞見，為本書的框架設計與內(nèi)容深度提供了重要啟發(fā)；其在建筑材料模擬方向的研究成果，亦被有機融入相關章節(jié)，提升了本書的工程實踐價值。
本書的編寫還得到了大連海洋大學學科建設項目的支持，以及多名學生在文獻整理、案例驗證方面的協(xié)助。由于材料模擬技術發(fā)展迅速，書中難免存在疏漏之處，懇請讀者批評指正，以便后續(xù)修訂完善。

著者
2025年5月