本书整合了分子动力学、第一性原理计算、计算流体力学等多种模拟方法，既包含基础理论又提供典型应用案例，通过本书，读者能系统掌握无机材料从原子尺度到宏观性能的多尺度模拟技术，为材料设计与性能优化提供理论基础和研究手段。
书中系统介绍了无机材料领域的数值模拟方法与应用实践，内容涵盖黏土矿物、水泥基材料、混凝土、陶瓷和玻璃等典型无机材料的模拟技术。全书共10章：第1章详细阐述黏土矿物的分子模拟方法，包括晶体结构建模、第一性原理计算和分子动力学模拟；第2章聚焦硅酸凝胶的分子动力学模拟技术；第3章探讨水泥熟料的第一性原理计算方法；第4章和第5章分别介绍水泥水化硬化过程及微结构演化的数值模拟；第6～8章全面解析混凝土流动性能、静动态力学性能和传输性能的模拟理论与应用；第9章阐述陶瓷压制成型及烧结过程的数值模拟方法；第10章展示氧化物玻璃和金属玻璃的第一性原理计算研究。
本书可作为高等学校材料、土木、建筑等专业的高年级本科生和研究生教材，也可供相关领域研究人员参考。

第1章 黏土矿物的分子动力学模拟
1.1 黏土矿物晶体结构特征 002
1.1.1 黏土矿物基本结构 002
1.1.2 高岭石 005
1.1.3 蒙脱石 007
1.2 黏土矿物的晶体模型构建及优化 007
1.2.1 模型构建 008
1.2.2 模型优化 008
1.3 黏土矿物的第一性原理计算 009
1.3.1 黏土矿物的电子结构计算 009
1.3.2 黏土矿物的弹性常数计算 009
1.4 黏土矿物的分子动力学模拟 010
1.4.1 黏土矿物的吸附模拟 011
1.4.2 黏土矿物的扩散模拟 011
习题 012
参考文献 012

第2章 硅酸凝胶的分子动力学模拟
2.1 分子模拟方法 014
2.1.1 分子力学 014
2.1.2 分子动力学 022
2.2 硅酸盐水泥水化产物分子动力学模拟 027
2.2.1 硅酸盐水泥水化产物组成 027
2.2.2 硅酸盐水泥主要水化产物分子结构模型建立 028
2.2.3 硅酸盐水泥主要水化产物结构、反应、动态特性 028
习题 035
参考文献 036

第3章 水泥熟料的第一性原理计算
3.1 熟料矿物相晶胞模型的建立 037
3.2 计算过程 039
3.2.1 结构优化 039
3.2.2 缺陷形成能 039
3.2.3 态密度（DOS） 040
3.2.4 差分电荷密度（EDD） 040
习题 042
参考文献 042

第4章 水泥水化硬化模拟
4.1 单颗粒模型 043
4.1.1 模型综述 043
4.1.2 模型局限 044
4.2 成核生长模型 045
4.2.1 早期成核生长模型 045
4.2.2 JMAK成核生长模型 045
4.2.3 平面生长成核模型 046
4.2.4 边界成核生长模型 046
4.2.5 模型局限 047
4.3 连续基水化仿真模型 047
4.3.1 Jennings-Johnson模型 048
4.3.2 Navi-Pignat模型 048
4.3.3 SPACE模型 049
4.3.4 HYMOSTRUC模型 050
4.3.5 μic模型 051
4.3.6 DuCOM模型 052
4.3.7 Wang模型 053
4.3.8 HYDCEM模型 054
4.4 离散基模型水化仿真模型 055
4.4.1 CEMHYD3D模型 055
4.4.2 THAMES模型 057
4.4.3 HydratiCA模型 057
习题 058
参考文献 058

第5章 水泥微结构和性能数值模拟
5.1 原子模拟方法研究水泥熟料相的反应活性及水化机理 061
5.1.1 历史与现状 061
5.1.2 未水化水泥熟料相的反应活性 062
5.1.3 熟料未水化相与水界面的形成 068
5.2 基于热动力学的水泥基材料微结构模拟方法THAMES 074
5.2.1 热力学计算的历史与现状 074
5.2.2 热力学计算的局限性 075
5.2.3 热力学计算在腐蚀介质中的应用 075
5.2.4 热力学模型GEMS 076
5.2.5 数字化微结构模型THAMES模块 077
5.2.6 水泥溶蚀的模拟 079
5.2.7 水泥硫酸盐侵蚀的模拟 080
5.3 小结 083
习题 083
参考文献 083

第6章 混凝土流动性数值模拟
6.1 新拌混凝土的流变理论基础 090
6.1.1 流变学基础 090
6.1.2 新拌混凝土的流变特性及其测量 093
6.2 计算流体力学理论基础 097
6.2.1 计算流体力学 097
6.2.2 常用软件介绍 110
6.3 计算流体力学在土木工程材料研究中的应用实例 112
6.3.1 CFD模拟新拌混凝土流变的测量过程 112
6.3.2 新拌混凝土的坍落度的二维多相流模拟 121
6.3.3 Edem-Fluent耦合模拟泵送 126
习题 132
参考文献 132

第7章 混凝土静动态力学性能数值模拟
7.1 混凝土静力性能细观力学模拟 134
7.1.1 细观力学简介 134
7.1.2 混凝土材料细观力学模型与力学框架 134
7.2 混凝土断裂模拟思路和方法 139
7.2.1 等效力学性能 139
7.2.2 荷载-位移响应和断裂过程 141
7.2.3 模型的校对与验证 144
7.3 混凝土动态力学性能数值模拟 146
7.3.1 LS-DYNA简介及实现过程 146
7.3.2 动态冲击本构模型 149
7.3.3 弹体侵彻过程数值模拟 158
7.3.4 模拟结果与分析 161
习题 169
参考文献 169

第8章 混凝土传输性能数值模拟
8.1 混凝土中的物质传输原理 170
8.1.1 扩散 170
8.1.2 对流 171
8.1.3 电迁移 173
8.2 混凝土传输性能的影响因素 175
8.2.1 混凝土基本性质 175
8.2.2 环境因素 176
8.2.3 物质反应 178
8.3 混凝土中的主要介质传输 181
8.3.1 水分传输 181
8.3.2 氯离子传输 184
8.3.3 二氧化碳传输 187
8.3.4 硫酸根离子传输 191
8.4 混凝土微观结构中的传输数值模拟 195
8.4.1 基于离散元的混凝土多相模型构建 195
8.4.2 基于Boltzmann模型的非饱和混凝土中氯离子传输模拟 198
8.4.3 基于分子动力学的C-S-H纳米孔道中氯离子传输模拟 202
习题 204
参考文献 204

第9章 陶瓷压制成型及烧结过程数值模拟
9.1 颗粒堆积结构生成 206
9.1.1 密度梯度的分析 206
9.1.2 尺寸变化的描述 208
9.2 压制过程的数值模拟 209
9.2.1 算法描述 209
9.2.2 模型验证 212
9.2.3 粉体和模具壁摩擦的影响 217
9.2.4 Z轴压力差异的分析 221
9.2.5 加压方式对陶瓷粉末成型过程的影响 223
9.3 烧结过程的数值模拟 224
9.3.1 算法描述—SVOS模型 224
9.3.2 模型验证 225
习题 229
参考文献 229

第10章 玻璃第一性原理计算
10.1 氧化物玻璃 231
10.1.1 硅酸盐玻璃 231
10.1.2 锗酸盐玻璃 234
10.1.3 锗硅酸盐玻璃 235
10.2 金属玻璃 237
10.2.1 ZrxCu1-x和ZrxCuyAlz金属玻璃 238
10.2.2 NiNb金属玻璃 243
10.2.3 Zr-Ti-Cu -Ni-Be金属玻璃 245
10.3 结论与未来展望 248
习题 250
参考文献 250