集成实验与模拟协同设计：预测性介观材料建模的关键基础设施

【编辑推荐】本文提出建立介观实验与模拟协同操作中心（h-MESO），旨在解决结构材料开发中高保真数据集匮乏、实验与模拟缺乏协同验证（V&V）、计算代码共享不足等关键问题，通过整合不确定性量化（UQ）、数据科学和跨学科合作，推动材料基因组计划（MGI）框架下的系统化材料设计创新。

　　

Highlight

介观尺度建模与模拟

理解并预测结构材料的力学行为是设计高强度、耐损伤部件的核心。金属塑性现象（如位错演化、变形孪晶和应力诱导相变）在介观尺度（介于原子与连续介质方法之间）展现出丰富的行为特征，这些现象对材料性能具有决定性影响。

h-MESO 概览

h-MESO研究基础设施（图1）将作为在线跨学科研究中心运作，整合计算与数据存储资源。虽然计算基础设施集中部署，但实验、数据采集与分析将通过分布式工作流管理实现协同，确保资源高效调用与模型验证的无缝衔接。

h-MESO 的社区最佳实践建议

基于NSF研讨会共识，h-MESO需聚焦三大方向：(1) 模型、数据与代码的标准化共享；(2) 实验与模拟的协同设计（强调系统化UQ）；(3) 建立教育与人才培养平台，涵盖验证与验证（V&V）、数据科学等关键技能。

讨论与结论

h-MESO旨在通过实验-模拟协同设计提升结构材料介观应用（Mapps）的预测能力。核心启示包括：需开发通用数据标准、强化UQ协议、构建开源代码生态，并通过跨学科合作弥合理论与实践的鸿沟。

Conclusion

本文提出的h-MESO框架为加速材料创新提供了可行路径，其成功实施将依赖持续社区投入与跨领域协作，最终实现从经验驱动到系统化材料设计的范式转变。