Descripción y contextualización de la asignatura

Los objetivos de esta asignatura optativa son:

- Introducir al alumnado en los métodos de simulación y modelización por ordenador del comportamiento de los materiales. El alumnado deberá trabajar con dichos métodos.

-Presentar la teoría del funcional de la densidad DFT como método de simulación de las propiedades electrónicas basado en la descripción cuántica del sistema electrones-núcleos. Usar códigos de cálculo para átomos multilectrónicos, moléculas y sólidos (ejemplos: ABINIT, SIESTA).

- Para los sistemas macroscópicos: Resolución de problemas estructurales (elasticidad y plasticidad), electromagnéticos y térmicos (conducción y convección), así como la interacción entre ellos. Se usarán programas basados en el método de elementos finitos FEM.

- Resaltar la importancia fundamental de estos métodos en la moderna ciencia de materiales pues permiten no solo prever el comportamiento, ciclo de vida, etc, sino diseñar y mejorar el diseño de piezas o dispositivos en los que entran a formar parte dichos materiales.



Para cursar con necesarios los siguientes conocimientos previos:

- Descripción cuántica de la estructura de la materia: Propiedades electrónicas elementales de átomos (estructura de capas), moléculas (enlace molecular, rotaciones y vibraciones) y sólidos (bandas de energía)

- Quantum description of the structure of matter: Elementary electronic properties of atoms (electronic shell structure), molecules (bond formation, molecular rotations and vibrations), and crystaline solids (energy bands)

- Propiedades macroscópicas de los materiales: problemas estructurales (elasticidad y plasticidad), electromagnéticos y térmicos (conducción y convección), así como la interacción entre ellos.

- Macroscopic properties of materials: Structural problems (elasticity and plasticity), electromagnetic and thermal properties (conduction and convection), and interactions between them.

- Conocimientos básicos de Linux.

- Basic knowledge of Linux.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

- Cálculo de las propiedades electrónicas de átomos multielectrónicos: energía de enlace, potenciales de ionización, transiciones ópticas en átomos. Estructura electrónica de nanoagregados: configuración de equilibrio, estados metaestables, densidades de estados electrónicos, reactividad, propiedades vibracionales, etc. Cálculo de las propiedades de sólidos.

- Cálculo de propiedades macroscópicas de materiales (elasticidad, conducción térmica,...)

- Conocimiento de los métodos computaciones y sus posibilidades para resolver problemas específicos del comportamiento microscópico y macroscópico de los materiales.

- Uso y familiaridad con las características y posibilidades de distintos programas de computación y simulación de materiales, como ejemplo de los muchos existentes.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

La evaluación final de la asignatura se obtendrá en base a los siguientes porcentajes de la calificación obtenida en los apartados:

- Memoria sobre simulaciones en átomos y moléculas. 30 %.

- Memoria sobre simulaciones en sólidos. 20 %

- Memoria sobre simulaciones con métodos de elementos finitos. 20 %

- Memoria sobre simulaciones en sistemas macroscópicos termomecánicos. 30 %.



Una vez entregadas las memorias, el profesorado podrá solicitar del alumnado su aclaración y/o modificación, antes de proceder a la evaluación final.

Para aprobar la asignatura es imprescindible tener una nota superior a 2,00 puntos sobre 10,00 en cada uno de las memorias.



Para renunciar a la convocatoria, basta con no presentar los trabajos y/o memoria.



Criterios de evaluación para estudiantes a tiempo parcial:

Deberán entregar también una memoria como el resto del alumnado. Este tipo de trabajo es posible realizarlo telemáticamente, por lo que el alumnado a tiempo parcial puede completar las simulaciones al igual que el resto del alumnado. Se tendrá una mayor flexibilidad en los plazos indicados antes.

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

Para la calificación de la asignatura en la convocatoria extraordinaria, se deberá entregar una memoria como en el caso de la convocatoria ordinaria. Será posible también la asignación de problemas cortos específicos, para completar la evaluación.

Temario

Tema 1. Sistemas de electrones: descripción cuántica. Ecuación de Schrödinger. Función de onda y densidad.

Tema 2. Teoría del funcional de la densidad (DFT). Ecuaciones de Kohn-Sham y métodos de resolución. Propiedades electrónicas átomos Multielectrónicos y de agregados usando el código SIESTA.

Tema 3. Supercomputación aplicada a cálculos de propiedades electrónicas usando el método del funcional de la densidad (DFT). Código SIESTA.

Tema 4. Métodos de Elementos Finitos (FEM). Modelización y simulación de problemas electromagnéticos. Programas FEMM y Comsol Multiphysics.

Tema 5. Métodos de Elementos Finitos (FEM) II Programa ANSYS. Problemas termomecánicos (elasticidad, plasticidad y conductividad térmica).

Tema 6. Problemas Termomecánicos II (elasticidad, plasticidad y conductividad térmica). Problemas electromagnéticos.

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

El acceso a los programas y códigos necesarios para cursar la asignatura serán proporcionados por los profesores.



Es conveniente disponer de un ordenador propio, pero no es indispensable.

Bibliografía básica

1.-) Chapman A.J., “Transmisión de Calor”, 3a Edición, Editorial Bellisco, 1984, Madrid.

2.-) E. Oñate, B. Suarez, “Aplicaciones del Método de los Elementos Finitos en Ingeniería. Análisis de estructuras” (vol. 1). 477 pp., ISBN: 84-7653-010-2.

3.-) Zienkiewicz O C & Taylor R L. “The finite element method. Vol. I. Basic formulations and linear problems”. London: McGraw-Hill, 1989. 648 p.; Vol. II. “Solid and fluid mechanics: dynamics and non-linearity”. London: McGraw-Hill, 1991. 807 p. 4.-) Stanley Humphries, "Finite-element methods for electromagnetics" (1997) Download at http://www.fieldp.com/femethods.html.

5.-) K. Ohno, K. Esfarjani, and Y. Kawazoe “Computacional Materials Science”, (Springer, Berlin,1999).

6.-) J. M. Thijssen, “Computacional Physics”, Cambridge University Press, Cambridge, 1999.- Daryl L. Logan, “A First Course in the Finite Element Method”, 4a ed. Cengage-Engineering, 2006.

7.-) Tirupathi R. Chandrupatla and Ashok D. Belegundu, “Introduction to Finite Elements in Engineering”, 3a ed. Prentice Hall, 2002

8.-) R. G. Parr y W. Yang, ”Density Functional Theory of Atoms and Molecules” (Oxford University Press, 1989)

9.-) J. Kohanoff, "Electronic Structure Calculations for Solids and Molecules. Theory and computational methods", Cambridge U P, Cambridge UK, 2006.

10.-) Richard M. Martin “Electronic structure: basic theory and practical methods”, Cambridge University Press, 2004.

11.-) L. Ramdas Ram-Mohan. “Finite elements and boundary element applications in quantum mechanics”, Oxford University Press, Oxford, 2002. .

Bibliografía de profundización

Manuales de los programas:



Código SIESTA: https://departments.icmab.es/leem/siesta/



Código ANSYS: http://www.ansys.com/



Manuales de los programas FEMM y Comsol Multiphysics.



Código FEMM: https://urldefense.com/v3/__https://www.femm.info/wiki/HomePage__;!!D9dNQwwGXtA!XqNZgwQUxe1dG-bAaU5dSvwBOa86Q hJlWV6slhptC-jU-VRiH8NdfmtJEwEmoyXAWuIJkquH-MMS81DZXE_c6QeITqNa$



Código Comsol Multiphysics: https://urldefense.com/v3/__https://www.comsol.com__;!!D9dNQwwGXtA!XqNZgwQUxe1dG-bAaU5dSvwBOa86QhJlWV6slhpt C-jU-VRiH8NdfmtJEwEmoyXAWuIJkquH-MMS81DZXE_c6RDQ-zc0$

Revistas

Artículos a determinar