计算模拟入门：如何选择合适的软件？
作为科研党，时时掌握前沿科研成果的发展是必备技能之一，除了关注人家都做了哪些实验，还得学会发掘最新的研究技能有哪些，比如现在备受顶刊青睐的数据分析方法——有限元仿真模拟。
如今的科研工作中越来越多的需要用到各种理论模拟或数值计算，这种先进的研究方法，不仅能够不仅能够在实验开始前对实验结果进行模拟，帮助你优化实验设计，模拟计算更可以作为实验的补充，进一步验证实验结论，提高数据的说服力，既丰富了文章的内容，在工作量上也使文章更充实。
那么如何进行有限元模拟分析呢？直接使用成熟的商业模拟软件往往是科研人员解决问题的首选。目前模拟软件众多，如何找到适合自己研究方向的软件呢？今天就给大家分享下一下各种模拟计算的软件。
目前科研常用的模拟软件可以分为以下三类：化学类模拟软件，VASP、Materials Studio、Gaussian；物理和工程类仿真模拟软件，如ANSYS、ABAQUS、COMSOL等；数学计算软件，如Maple、MATLAB、Mathematica。这些软件都具有一些模拟仿真或数值计算的功能，但功能和应用领域则大相径庭。
首先，化学类模拟软件是在化学、材料等学科中运用非常广泛，这些软件主要针对分子层面的微观问题的模拟计算，例如可以计算材料的光谱性质、电子结构、分子不同构象的能级等等。理论方法主要分为基于量子力学的第一性原理计算，密度泛函理论，和基于牛顿力学的分子力学。VASP、Materials Studio、Gaussian是常见量子化学模拟软件，目前三种软件都包含许多模块，有基于不同算法的模拟功能，可以计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构型、计算材料的状态方程和力学性质、计算材料的电子结构(能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF)、计算材料的光学性质、 计算材料的磁学性质、计算材料的晶格动力学性质(声子谱等)、表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟)、从头分子动力学模拟等等。
物理和工程类仿真模拟软件的功能覆盖了涵盖了力学、流体、电磁学、光学、声学、电化学、化工、半导体等多个领域。如今物理学的各个方向都有非常完善的理论，几乎所有的物理现象都能有几组偏微分方程来描述，所以这些模拟软件的本质就是利用数值计算求解各种形式的偏微分方程。计算方法主要基于有限元方法，一些特定的领域会使用有限体积法和有限差分法。这三种方法中有限元法功能最强大，应用面最广，有限体积法和有限差分法能解决的问题理论上有限元法都能解决。但在特定应用领域，有限体积法和有限差分法则有计算速度快，收敛性更好的优势。下面介绍几种常用的仿真模拟软件。
ANSYS公司是目前最大的模拟软件供应商，其产品线覆盖了几乎所用的工程领域，例如用于力学领域的ANSYS Mechanical，基于有限体积法的流体力学模拟软件Fluent、CFX，用于电磁学模拟的HFSS。这些软件能提供非常强大的求解功能，其计算结果的可靠性经过许多实际工程案例的检验。但要学习使用这些不同的软件需要花费较大的精力。
COMSOL也是目前科研工作中使用较多的模拟软件，其特点是强大的多物理场耦合功能。软件主要基于有限元法，提供了涵盖了力学、流体、电磁学、光学、声学、电化学等各个方面的非常全面的模拟功能，并可以任意的将不同的物理问题关联起来，方便研究不同物理过程之间的相互作用。对于不同的物理问题，COMSOL提供相同的建模环境和软件操作方法，易于学习。另外软件提供丰富的案例库供用户参考。
另外还有一些专注特定领域的模拟软件。比如ABAQUS是一个专注于力学模拟的仿真软件，ABAQUS强大的非线性分析收敛性是它最大的特点，例如接触、摩擦、碰撞这些难以计算的非线性问题ABAQUS能够提供和好的求解。此外，其友好的GUI界面、友好的帮助文档系统、强大的基于Python语言的二次开发拓展性也使得ABAQUS拥有大量用户。FDTD Solutions则是一款专门求解光学的问题模拟软件，在微纳光学科研工作中使用的非常多。其算法基于时域有限差分法，能够非常方便快速的计算出衍射、干涉、波导等光学现象。
最后一类数学计算软件，能够帮助计算各种数学运算和方程求解，以及对数据进行处理和运算。常用的软件有MATLAB、Mathematica、Maple。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂，其基本的数据单位是矩阵是由美国Mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。MATLAB也是一套编程语言，它很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，用户通过编写MATLAB程序可以方便的实现数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能。Mathematica和Maple都能提供非常强大的符号计算功能，能实现各种复杂的数学运算。以上这些数学软件计算功能强大，但对使用者的数学功底要求更高。
根据自己的科研需求，选择最适合的软件进行学习非常重要，目前有限元仿真模拟可以应用于很多专业领域，而且现在越来越多的运用到交叉学科的研究中，掌握有限元模拟方法可以说已经成为一种通用的科研技能，如果你想学习的更深入，就来报名参加我们的培训吧！
为了让更多科研人员能够迅速且科学地掌握有限元仿真模拟这一前沿高效的数据分析手段，提升理论分析深度，全面提高文章档次，国内顶级科学可视化服务商——北京中科幻彩动漫科技有限公司，将于2018年10月20-21日于北京•中科院化学所举办主题为“科研模拟•学术仿真”的文章档次提升专题培训。
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Dr. Li
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2018年10月20-21日 北京•中科院化学所
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【咨询助教】
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【常见问题】
Q：有限元仿真模拟对我的论文有怎样的帮助，真的能提高文章档次吗？
A：目前很多不同领域的高档次文章都用到了有限元模拟。模拟计算可以作为实验的补充，能进一步验证实验的结论，提高结论的说服力。理论模拟丰富了文章的内容，在工作量上也使文章更充实。对于一部分的研究领域，理论上的模拟计算可以说是必不可少的。另外模拟计算很多时候可以优化实验设计，提高实验效率。
Q：我是零基础学员，两天的时间也能学会吗？
A：我们的培训就是针对零基础学员的。我们的课程一方面讲授模拟软件的使用，更重要的是另一方面讲解科研中的理论建模的思维方法。如何把模拟加入自己的科研工作，提升文章的质量。
Q：什么专业方向都可以做有限元模拟吗？
A：有限元方法是一种一般性的数值计算的方法，用来求解各种偏微分方程，理论上只要是能用偏微分方程描述的物理化学过程都可以都用有限元方法求解。有限元不仅在各个物理学科和工程领域这些传统领域有广泛的应用，而且现在越来越多的运用到交叉学科的研究中，例如柔性传感器件，能源器件，生物工程，微流控等等几乎目前所有的热门研究领域。
Q：每场培训有多少学员呀？不会是那种人山人海的大课吧？
A：为保证教学质量，也为学员营造舒适的学习环境，我们每场培训都会将招生人数限制在50人以内，以保证良好的课堂秩序，同时安排助教协助学员进行软件安装、现场答疑、课堂辅助教学等。
Q：我是慢热型的学生，接受新知识慢，一次学不够怎么办？
A：老学员可以免费复听，一次报名终身免费复学，只要你学不够，我们就一直教下去～
Q：可以开具发票进行报销吗？
A：当然可以！我们将为学员开具正规发票，并可以根据学员报销需求提供培训邀请函、项目明细清单、会议注册表等材料，并在培训当天将发票和报销材料发放给学员。
Q：培训提供食宿吗？
A：我们为学员提供两日培训的午餐，住宿需要学员自费，我们会在报名确认邮件中发送周边酒店信息，方便学员选择和预定。
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