召集人：陈华杰（北京师范大学，教授）、胡光辉（澳门大学，副教授）、刘歆（中国科学院数学与系统科学研究院，研究员）
时间：2025.05.18—2025.05.24
会议日程
5月19日（周一）
研讨主题：材料科学与数学
8:50-9:00 开幕式
9:00-10:00 报告题目：混合键型材料力学性能计算
报告人：温斌教授 (燕山大学)
主持人：刘歆（中国科学院数学与系统科学研究院）
10:30-11:30 报告题目：集成计算相图软件AutoCalphad及其在极端材料设计中的应用
报告人：种晓宇教授 (昆明理工大学)
主持人：高兴誉（北京应用物理与计算数学研究所）
12:00-14:30 午餐及午休
15:00-17:00 圆桌研讨会：材料科学与数学
召集人：商红慧（中国科技大学），马强（四川大学），徐飞（北京工业大学）
主持人：高兴誉（北京应用物理与计算数学研究所）
17:00-17:30 分组讨论
17:30-19:00 晚餐
5月20日（周二）
研讨主题：材料科学中的数学建模
9:00-10:00 报告题目：Modeling and Simulation of Stochastic Effects in High Entropy Alloys
报告人：项阳教授 (香港科技大学)
主持人：王皓（四川大学）
10:30-11:30 报告题目：Onsager Variational Principle and its Application in Soft Matter
报告人：许现民研究员 (中国科学院数学与系统科学研究院)
主持人：张露婵（深圳大学）
12:00-14:30 午餐及午休
15:00-17:00 主题圆桌研讨会：材料科学中的数学建模与仿真
召集人：戴书洋（武汉大学），权超禹（香港中文大学（深圳）），张露婵（深圳大学）
主持人：王皓（四川大学）
17:00-17:30 分组讨论
17:30-19:00 晚餐
5月21日（周三）
研讨主题：材料科学中的仿真与模拟
9:00-10:00 报告题目：计算化学简介、面临的挑战及对生物发光现象的研究
报告人：刘亚军教授 (北京师范大学)
主持人：胡光辉（澳门大学）
10:30-11:30 报告题目：Fast Algorithms and Long-Range Learning for Molecular Dynamics
报告人：徐振礼教授 (上海交通大学)
主持人：戴书洋（武汉大学）
12:00-14:30 午餐及午休
14:30-17:30 自由讨论
17:30-19:00 晚餐
5月22日（周四）
研讨主题：材料科学中的数值分析与高性能计算
9:00-10:00 报告题目：Recent Progress for the Heterogeneous Multiscale Method
报告人：明平兵研究员 (中国科学院数学与系统科学研究院)
主持人：陈华杰（北京师范大学）
10:30-11:30 报告题目：面向开放量子系统的离散 Dyson 级数快速迭代求和方法
报告人：蔡振宁教授 (新加坡国立大学)
主持人：权超禹（香港中文大学（深圳））
12:00-14:30 午餐及午休
15:00-17:00 主题圆桌研讨会：材料科学中的高性能计算与人工智能方法
召集人：王涵（北京应用物理与计算数学研究所），况阳（广东工业大学），王阳帅（新加坡国立大学），李晓旭（北京师范大学）
主持人：陈华杰（北京师范大学）
17:00-17:30 分组讨论
17:30-19:00 晚餐
5月23日（周五）
研讨主题：数学推动的AI for Material Science
9:00-10:00 报告题目：开源密度泛函理论软件ABACUS介绍
报告人：陈默涵研究员 (北京大学)
主持人：王涵（北京应用物理与计算数学研究所）
10:30-11:30 报告题目：MatRIS: a Foundation Model for Atomic Simulation
报告人：贾伟乐研究员 (中国科学院计算技术研究所)
主持人：王阳帅（新加坡国立大学）
12:00-14:30 午餐及午休
14:30-17:30 自由讨论
17:30-19:00 晚餐
报告题目和摘要（按报告时间顺序）
报告人：温斌 (燕山大学)
题目：混合键型材料力学性能计算
摘要：混合键型材料是一类具有重要用途的材料，是航天航空发动机、核工业装备的关键结构部件用材。由于服役环境苛刻，其结构设计依赖于极端条件下的微结构演化和力学性能参数，而极端条件下的实验测量成本高、难度大，亟需定量的理论计算。由于混合键的特点，微结构演化和力学性能的定量计算是一个难题，其难点在于考虑化学键影响的位错滑移临界分切应力和孪生应力的准确计算。
针对考虑化学键影响的位错滑移临界分切应力计算难题，本研究提出了位错滑移的二维位移势模型。利用该模型，化学键对位错行为的影响可通过二维势垒进行描述，结合过渡态理论，可获得位错的滑移模式。在此基础上，通过建立位错滑移的应力与激活能关系，即可获得位错滑移的临界分切应力。针对孪生应力计算的困难，本研究提出了变形孪晶是由晶体非对称的应力响应所致的观点，利用非对称的应力响应所导致的热力学驱动力，可以计算出不同应力条件下孪生的动力学能垒，结合过渡态理论，就可计算出不同温度和应变速率条件下的孪生应力。在以上临界分切应力计算的基础上，结合微结构演化计算，再利用多晶均匀化规则，即可构建多晶材料的力学本构关系。该方法的特点是：不同键型材料的位错动力学方程可统一；不同强化机制的强度贡献可统一；不需实验标定，参数均可计算。
利用该方法，对一些混合键型材料的力学性能进行了计算，其计算结果与实验结果非常吻合，证明了该方法的有效性。基于以上方法，编制了极端条件下材料力学性能计算软件（力牧软件）。该软件被北京应用物理与计算数学研究所用于一些国防关键部件极端条件下力学性能的研究，也被用于带钢热轧变形抗力和预设轧制力的计算。本研究可为混合键型材料极端条件下微结构演化和力学性能计算提供一个有力的工具。
报告人：仲晓宇 (昆明理工大学)
题目：集成计算相图软件AutoCalphad及其在极端材料设计中的应用
摘要：CALPHAD（CALculation of PHAse Diagream）是一种基于热力学原理的相图计算方法，其核心思想是通过建立材料体系中各相的热力学模型（表现为吉布斯自由能的数学表达式），结合实验数据或理论计算结果，实现对多组分材料复杂相平衡关系的预测与热力学性质的计算。然而，传统CALPHAD方法面临显著挑战：其一是热力学建模主要利用离散的实验热力学数据，不同来源的实验数据常存在系统性偏差，导致模型可靠性低，而高温、高压等极端条件下的实验数据因测试成本高昂导致数据稀缺；其二，现有商用软件（如Thermo-Calc、Pandat）采用基于最小二乘法的模型参数优化方法，优化效率低下，极易陷入局部最优解，且因参数间的强耦合性引发“雪球效应”，即局部参数调整导致全局模型失稳。针对上述问题，我们研制了相图集成建模与智能优化软件ProME-AutoCalphad，颠覆了多组元相图建模依靠实验定参和人工试错的传统模式，相图优化效率比国外商用软件提高2倍，首次实现了相图集成计算中跨尺度关联建模和多参数智能优化，使相图计算软件全面国产化，该软件的核心创新功能体现在以下三个方面：温度-组分相图的集成建模与计算、相图模型参数的智能优化、温度-压强相图的集成建模与计算。利用以上功能，完成了高温热电发电机界面材料的设计，实现了武器流体力学实验用合金的组分优化，推进了姿轨控发动机喷管用贵金属高温合金的成分设计与优化。
报告人：项阳 (香港科技大学)
题目：Modeling and Simulation of Stochastic Effects in High Entropy Alloys
摘要：High entropy alloys (HEAs) are single phase crystals that consist of random solid solutions of multiple elements in approximately equal proportions. This class of novel materials have exhibited superb mechanical properties, such as high strength which is associated with the motion of dislocations (line defects). We obtain a stochastic continuum model based on the Peierls-Nabarro framework for dislocations in an HEA from an atomistic model that incorporates the atomic level randomness and short-range order. This approach provides a fundamental explanation to the origin of the high strength of HEAs based on the stochastic effects on the intrinsic strength. We also develop a machine learning framework to unravel the complex relationship between chemical composition and materials properties in HEAs.
报告人：许现民（中国科学院数学与系统科学研究院）
题目：Onsager Variational Principle and its Application in Soft Matter
摘要：This talk offers a concise overview of the Onsager variational principle, a foundational framework in non-equilibrium thermodynamics that connects microscopic reversibility to macroscopic dynamics through variational optimization. By minimizing the Rayleighian—a functional combining dissipation and free-energy evolution—the principle systematically derives governing equations for near-equilibrium systems, grounded in Onsager’s reciprocal relations and variational calculus. We briefly highlight its mathematical elegance and broad utility in soft matter physics. It can also be used as a powerful tool for model reduction in soft matter research.
报告人：刘亚军 (北京师范大学)
题目：计算化学简介、面临的挑战及对生物发光现象的研究
摘要：该报告分为两部分。第一部分简要介绍计算化学的研究方法和面临的挑战。首先回顾了量子化学的诞生、其次结合实例简介计算化学所使用的主流计算手段：QM, MD, MM, QM/MM和NAMD，再次介绍AI对计算化学的影响，最后简介目前计算化学面临的挑战。第二部分，以萤火虫发光为例介绍计算化学对宏观自然现象-生物发光的理论计算和模拟。生物发光这种迷人的自然现象已经得到一些实际应用，然而对其微观机理的研究尚未得到深刻认识。可信的机理解释需要在考虑活体蛋白涨落的情况下计算发光过程中的一系列复杂的化学反应。这部分讲座简要概述计算化学对萤火虫发光完整过程的机理解释、发光体预测，同时阐明手性对萤火虫发光的影响机制。
报告人：徐振礼 (上海交通大学)
题目：Fast Algorithms and Long-Range Learning for Molecular Dynamics
摘要：In this talk, we will report some recent progresses for long-range interactions of molecular dynamics. We present a novel de la Vallée-Poussin and model reduction method for constructing kernel independent sum-of-exponentials and sum-of-Gaussians for kernel approximations. We then introduce random-batch method for long-range interactions in molecular dynamics, including the random batch sum-of-Gaussians method which shows the most promising performance in efficiency and scalability. Finally, we introduce our recent work on machine learning interacting potential for long-range systems. Numerical results are present to demonstrate the performance of the algorithms.
报告人：明平兵 (中国科学院数学与系统科学研究院)
题目：Recent Progress for the Heterogeneous Multiscale Method
摘要：We shall discuss two topics in the numerical method for multiscale PDEs, which concern the heterogeneous multiscale method (HMM). 1) The first topic is HMM for general medias that includes the locally periodic media and the quasi-periodic media, an online-offline strategy shall be discussed for the localized defects; 2)Representative volume element for the strain gradient elasticity model for heterogeneous media, which is a typical representative for the higher order elliptic system. This is a joint work with Si Qi Song (AMSS) and Yulei Liao (National University of Singapore).
报告人：蔡振宁 (新加坡国立大学)
题目：面向开放量子系统的离散 Dyson 级数快速迭代求和方法
摘要：开放量子系统是与外部环境发生相互作用的量子力学系统。这种相互作用导致能量耗散，并引起系统状态的非马尔可夫演化。描述这类动力学过程的方法包括 Nakajima-Zwanzig 方程、路径积分、随机薛定谔方程以及 Dyson 级数等。在本研究中，我们专注于基于 Dyson 级数的数值模拟方法。传统的 Dyson 级数涉及在单纯形上进行高维积分的无穷级数，使得数值求解极具挑战性。为克服这一难题，我们引入了离散 Dyson 级数，通过时间离散化将原本的无穷级数转化为有限级数。该形式不仅结构更加简洁，而且在应用于开放量子系统时，可通过迭代求和实现高效计算。此外，引入记忆长度截断等技术还能进一步降低计算开销。与传统方法（如迭代式 QuAPI）相比，该方法在处理多能级系统时显著减少了存储成本。
报告人：陈默涵 (北京大学)
题目：开源密度泛函理论软件ABACUS介绍
摘要：基于密度泛函理论的第一性原理方法较好地平衡了精度和效率，在材料计算领域扮演着日益重要的角色。随着对材料领域的深入研究，科研人员对第一性原理方法的精度和效率也提出了更高的需求。然而多年来国内第一性原理方法和软件的发展始终与国外软件有差距。我将介绍国产开源密度泛函理论软件ABACUS（原子算筹）近年来的一些进展，包括物理模型的改进、基于机器学习的新算法、国产硬件的适配、以及开源合作的科研模式。
报告人：贾伟乐 (中国科学院数学与系统科学研究院)
题目：MatRIS: a Foundation Model for Atomic Simulation
摘要：This report introduces MatRIS, a foundational AI4S (AI for Science) model in materials science, which establishes a unified framework through Graph Neural Networks (GNNs) and message-passing mechanisms. Distinguished from conventional force-field models, MatRIS achieves state-of-the-art accuracy in computational predictions. The presentation systematically outlines the model's core algorithmic innovations and architectural design, particularly emphasizing its hierarchical representation learning paradigm for multi-scale material systems. Furthermore, the report details a specialized fine-tuning methodology that enables effective adaptation of the pre-trained model to diverse downstream tasks, including property prediction and structure optimization.