授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | | 近年の計算機と汎用コードの進歩は，材料科学・工学の分野において，従来の実験観察手法によらず，計算機を活用したモデリングとシミュレーションにより新しい事象や物性を見出そうとする「計算材料科学」と呼ばれる分野の発展をもたらした．現在，計算材料科学において主に扱われている問題には，材料内部における転位や結晶粒界等の「格子欠陥」の構造や速度論（およびそれらの相互作用），ならびに材料組織の形成にかかわる拡散，変態，析出等の素過程の記述が挙げられる．本分野では，密度汎関数理論などの電子論的アプローチ，モンテカルロ法や分子動力学法などの原子論的アプローチ，離散転位動力学，連続体力学などのメゾ・マクロスケールアプローチなど，種々のスケールで多様な数値的予測手法が提案され，数多くの研究が精力的になされている．本講義では，計算材料科学で用いられている主な数値解析手法の概説とその理論的背景，ならびに関連の研究成果について講述し，材料科学におけるモデリング・シミュレーションの考え方に関する理解を深める． |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | | In the field of materials science and engineering, recent advances in computers and application software have led to the development of a field called "computational materials science", which seeks to discover new phenomena and properties by modeling and simulation without relying only on conventional experimental methods. At present, the issues that are mainly dealt with in computational materials science are related to the structures and kinetics (and their interaction) of lattice defects such as dislocations and grain boundaries in materials, and the elementary processes such as diffusion, transformation, and precipitation in the formation of microstructures. In this field, various numerical methods at various scales have been proposed and a lot of studies have been vigorously performed, which include electronic approaches such as density functional theory, atomistic approaches such as Monte Carlo and molecular dynamics methods, and meso-macroscale approaches such as discrete dislocation dynamics and continuum mechanics. In this course, an overview of the main numerical methods used in computational materials science, their theoretical background, and related case studies will be given to deepen the understanding of the concept of modeling and simulation in materials science. |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | | 講座終了時に学生は，材料科学におけるモデリング・シミュレーションの基礎概念と理論的背景について他者に説明できる． |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | | At the end of this course, students will be able to explain the basic concepts and theoretical background of modeling and simulation in materials science to others. |
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バックグラウンドとなる科目【日本語】
Prerequisite Subjects | | |
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バックグラウンドとなる科目【英語】
Prerequisite Subjects | | | Strength of Materials, Metallography |
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授業の内容【日本語】
Course Content | | 以下の順序で講義を実施する．ただし，下記の項目はあくまでも予定であり，状況に応じて変更することもあり得る．
第1回 理論計算材料学の概要，授業の進め方に関する説明
第2回 材料科学におけるモデリングとシミュレーション
第3回 微分方程式の基礎と解法
第4回 統計力学の基礎
第5回 モンテカルロ法1（概要）
第6回 モンテカルロ法2（アンサンブル技法）
第7回 モンテカルロ法3（応用事例）
第8回 分子動力学法1（概要，相互作用）
第9回 分子動力学法2（運動方程式，アンサンブル）
第10回 分子動力学法3（応用事例）
第11回 材料科学における応用1（格子欠陥・材料力学）
第12回 材料科学における応用2（拡散）
第13回 材料科学における応用3（変態・析出）
第14回 メゾスケールにおけるシミュレーション技法
第15回 まとめと評価
授業後に各回課題を課すので，次回時までに小レポートとして提出すること． |
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授業の内容【英語】
Course Content | | The schedule of this class is as follows:
(1) Class orientation and introduction of computational materials engineering
(2) Modeling and simulation in materials science
(3) Fundamentals and solution of differential equations
(4) Basics of statistical mechanics
(5) Monte Carlo method (I): Introduction
(6) Monte Carlo method (II): Various ensembles
(7) Monte Carlo method (III): Case studies
(8) Molecular dynamics method (I): Introduction and interactions
(9) Molecular dynamics method (II): Equations of motion and ensembles
(10) Molecular dynamics method (III): Case studies
(11) Case examples in materials science (I): Lattice defects and materials mechanics
(12) Case examples in materials science (II): Diffusion
(13) Case examples in materials science (III): Transformation and precipitation
(14) Simulation techniques at the meso-macro scale (I)
(15) End-of-term examination
Note that the schedule is tentative and the plan will be changed according to the learning situation. Students will be asked to submit a short report by the next time, as each assignment will be given. |
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成績評価の方法と基準【日本語】
Course Evaluation Method and Criteria | | 成績評価は、以下の方法で行う。
・課題・小レポート 60%
・期末試験 40%
以上の割合で総合的に判定する。 |
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成績評価の方法と基準【英語】
Course Evaluation Method and Criteria | | Your overall grade in the class will be decided based on the following:
・Short reports: 60%
・End-of-term examination: 40% |
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履修条件・注意事項【日本語】
Course Prerequisites / Notes | | 履修条件は要さない。
【履修登録の追加申請に際して】
履修登録の追加申請が許可されるまで、TACTの講義サイトが閲覧できない場合は
kimizuka.hajime[at]material.nagoya-u.ac.jp
まで連絡のこと。 |
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履修条件・注意事項【英語】
Course Prerequisites / Notes | | There is no requirement to take this course.
[Additional application for course registration]
If you cannot browse the TACT site until the additional application for course registration is approved, please contact kimizuka.hajime[at]material.nagoya-u.ac.jp. |
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教科書【日本語】
Textbook | | |
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教科書【英語】
Textbook | | | Textbooks are not used. Handouts will be provided as needed. |
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参考書【日本語】
Reference Book | | | D. Raabe, Computational Materials Science (Wiley-VCH, 1998). |
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参考書【英語】
Reference Book | | | D. Raabe, Computational Materials Science (Wiley-VCH, 1998). |
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授業時間外学習の指示【日本語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | 毎回の授業前に、配付資料を読んでおくこと。事後学習として課題が課された場合は期日までに取り組み、小レポートとして提出すること。 |
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授業時間外学習の指示【英語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | Read the handouts before each class. If an assignment is given, work on it by the due date and submit it as a short report. |
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使用言語【英語】
Language used | | |
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使用言語【日本語】
Language used | | |
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授業開講形態等【日本語】
Lecture format, etc. | | | 授業は対面で行うが、一部で遠隔授業を併用する。遠隔授業は同時双方向型、オンデマンド型を併用する。 |
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授業開講形態等【英語】
Lecture format, etc. | | | Classes will be conducted face-to-face, but some will be conducted remotely. Remote classes will be both simultaneous interactive and on-demand. |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【日本語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【英語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | |
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