入门相场仿真:相场软件汇总整理-从开源软件学习仿真代码思路

• MPF/MPFUI
  
   当前公开仓库虽然可访问，也带 MIT 许可证，但仓库内容极少，没看到公开示例源码。
• Pandas
  
   和 CAPA 这两个条目按“名字/网址”去查，确实都是开源项目，但与相场模拟明显不匹配，基本可以判定为表格中的异常项。
• COMSOL
  
  、MatCalc、MICRESS、μ-PRO 现阶段都不宜按“公开开源”处理。

一张表先看全

两个异常条目，要先剔出来

1. Pandas

• 第 8 项 Pandas / pandas.pydata.org。
• 按官网与 GitHub 来看，pandas 当然是开源的。
• 但它是数据分析库，不是相场模拟软件。
• 它和表中“金属微观组织演化：相变、晶粒长大、析出、偏析”的用途完全对不上。

2. CAPA

• 第 14 项给的是 github.com/mandiant/capa。
• 这个仓库确实开源，但它是恶意软件能力识别工具。
• 它同样不应被算进相场软件清单。

所以，后文“开源项目示例”只保留真正和相场软件主题匹配的条目。

开源项目的官方示例，我看到什么

1. FiPy

• 官方站点：NIST 项目页
• 官方仓库：usnistgov/fipy
• 官方 examples 文档：Examples — FiPy documentation
• 我在仓库 examples/ 下实际扫到 139 个示例/配套脚本。
• 主体类别包括：benchmarking、cahnHilliard、chemotaxis、convection、diffusion、elphf、flow、levelSet、meshing、phase、reactiveWetting、riemann、updating。
• 这批示例里，最贴近相场主题的通常是 cahnHilliard/、phase/、reactiveWetting/、levelSet/。
• 按示例名来读，它们大致可以理解成：
• benchmarking
  
  ：性能基准测试
• cahnHilliard
  
  ：Cahn-Hilliard 相分离
• chemotaxis
  
  ：趋化
• convection
  
  ：对流传输
• diffusion
  
  ：扩散
• elphf
  
  ：电化学相场
• flow
  
  ：流动/Stokes 流
• levelSet
  
  ：水平集界面追踪
• meshing
  
  ：网格生成
• phase
  
  ：相场/相变基础例子
• reactiveWetting
  
  ：反应润湿
• riemann
  
  ：黎曼问题/波传播
• updating
  
  ：版本更新脚本

2. SfePy

• 官方站点：sfepy.org
• 官方仓库：sfepy/sfepy
• 官方说明里明确建议新问题先看 sfepy/examples/
• 我在 sfepy/examples/ 下实际扫到 124 个 .py 示例文件。
• 类别包括：acoustics、dg、diffusion、homogenization、large_deformation、linear_elasticity、miscellaneous、multi_physics、navier_stokes、phononic、quantum。
• 它不是纯相场专用软件，但作为开源 PDE/FEM 框架，示例库非常完整。
• 按示例名来读，这些一级目录大致是：
• acoustics
  
  ：声学
• dg
  
  ：不连续 Galerkin
• diffusion
  
  ：扩散
• homogenization
  
  ：均质化/多尺度等效
• large_deformation
  
  ：大变形
• linear_elasticity
  
  ：线弹性
• miscellaneous
  
  ：杂项
• multi_physics
  
  ：多物理场
• navier_stokes
  
  ：Navier-Stokes 流动
• phononic
  
  ：声子/声子晶体
• quantum
  
  ：量子问题

3. OpenPhase Academic

• 官网：OpenPhase Academic
• 官方仓库：ICAMS/OpenPhase
• 官方仓库 examples/ 顶层共 24 个示例目录。
• 主要示例包括： AdditiveNiAl、EutecticII、FacetedGG、Flow、Foam、HeatDiffusion、LatentHeat、LiquidPhaseSintering、LiquidPhaseSinteringLarge、MeltingFe、NormalGG、Pearlite、Plagioclase、PrecipitationNiTi、ReactiveFlow、SolidificationFe、SolidificationFeC、SolidificationMgAl、SolidificationNiAl、SolidPhaseSintering、SolidPhaseSintering_SurfaceDiffusion、Superalloys、ThermalCompressibleFlow、Wetting。
• 从名字就能看出来，它的示例覆盖面非常“材料相场本体化”。
• 如果把这些示例名翻成中文，大致可以读成：
• AdditiveNiAl
  
  ：Ni-Al 合金增材制造
• EutecticII
  
  ：共晶组织演化 II
• FacetedGG
  
  ：棱面晶粒长大
• Flow
  
  ：流动
• Foam
  
  ：泡沫/泡孔结构
• HeatDiffusion
  
  ：热扩散
• LatentHeat
  
  ：潜热耦合
• LiquidPhaseSintering
  
  ：液相烧结
• LiquidPhaseSinteringLarge
  
  ：大尺度液相烧结
• MeltingFe
  
  ：铁熔化
• NormalGG
  
  ：普通晶粒长大
• Pearlite
  
  ：珠光体
• Plagioclase
  
  ：斜长石
• PrecipitationNiTi
  
  ：NiTi 析出
• ReactiveFlow
  
  ：反应流动
• SolidificationFe
  
  ：铁凝固
• SolidificationFeC
  
  ：铁碳凝固
• SolidificationMgAl
  
  ：镁铝合金凝固
• SolidificationNiAl
  
  ：镍铝合金凝固
• SolidPhaseSintering
  
  ：固相烧结
• SolidPhaseSintering_SurfaceDiffusion
  
  ：表面扩散控制的固相烧结
• Superalloys
  
  ：高温合金
• ThermalCompressibleFlow
  
  ：热可压缩流动
• Wetting
  
  ：润湿

4. PRISMS-PF

• 官方仓库：prisms-center/phaseField
• README 明确说 examples 位于 applications/
• 当前仓库中可直接运行/改造的 application 示例共 9 个： allen_cahn_explicit、alloy_solidification、blank、cahn_hilliard_explicit、coupled_allen_cahn_cahn_hilliard、eshelby_inclusion、laplace、nucleation、spinodal_decomposition。
• 这套结构很适合“先跑官方 app，再改成自己模型”。
• 这些 application 的中文意思大致是：
• allen_cahn_explicit
  
  ：显式 Allen-Cahn
• alloy_solidification
  
  ：合金凝固
• blank
  
  ：空白模板
• cahn_hilliard_explicit
  
  ：显式 Cahn-Hilliard
• coupled_allen_cahn_cahn_hilliard
  
  ：Allen-Cahn / Cahn-Hilliard 耦合
• eshelby_inclusion
  
  ：Eshelby 夹杂问题
• laplace
  
  ：拉普拉斯方程
• nucleation
  
  ：形核
• spinodal_decomposition
  
  ：调幅分解

5. MMSP

• 官方仓库：mesoscale/mmsp
• 我在 examples/ 下扫到 59 个示例源文件/说明文件。
• 示例大类包括： beginners_diffusion、coarsening、differential_equations、phase_transitions、statistical_mechanics。
• 其中和相场直接相关的重点区块是 phase_transitions/，下面又包含 allen-cahn、cahn-hilliard、model_A、model_B、solidification、spinodal。
• 用中文速读一下：
• beginners_diffusion
  
  ：扩散入门
• coarsening
  
  ：粗化
• differential_equations
  
  ：微分方程
• phase_transitions
  
  ：相变
• statistical_mechanics
  
  ：统计力学
• allen-cahn
  
  ：Allen-Cahn
• cahn-hilliard
  
  ：Cahn-Hilliard
• model_A
  
  ：A 类模型
• model_B
  
  ：B 类模型
• solidification
  
  ：凝固
• spinodal
  
  ：调幅分解

6. MPF / MPFUI

• 官方仓库：china20/MPFUI
• 当前公开仓库可见文件只有 LICENSE 和 MPF开源补充说明.doc
• 也就是说，它“有开源许可证”这件事能确认，但“公开示例源码”这件事目前确认不了。

7. MOOSE

• 官方站点：MOOSE Phase Field Module
• 官方仓库：idaholab/moose
• 因为 MOOSE 是通用多物理场框架，这里只列 phase_field 直接相关的官方 examples。
• modules/phase_field/examples/
  
   下共 39 个相关示例文件。
• modules/combined/examples/phase_field-mechanics/
  
   下共 12 个相关示例文件。
• 换句话说，MOOSE 的示例很多，但如果你的目标是相场，只盯这两块最省时间。
• 按目录名去推测，它的主要示例簇可以读成：
• anisotropic_interfaces
  
  ：各向异性界面
• anisotropic_transport
  
  ：各向异性输运
• cahn-hilliard
  
  ：Cahn-Hilliard
• ebsd_reconstruction
  
  ：EBSD 组织重构
• grain_growth
  
  ：晶粒长大
• interfacekernels
  
  ：界面核项
• kim-kim-suzuki
  
  ：KKS 模型
• measure_interface_energy
  
  ：界面能测量
• multiphase
  
  ：多相
• nucleation
  
  ：形核
• rigidbodymotion
  
  ：刚体运动/外力驱动
• slkks
  
  ：子晶格 KKS
• phase_field-mechanics
  
  ：相场-力学耦合

8. MEUMAPPS

• ORNL 说明页：MEUMAPPS C++: A Scalable, Performance-Portable, Open-Source Framework for Phase-Field Modeling
• 公开代码：ORNL GitLab / meumapps
• applications/
  
   下共有 5 个应用示例： allen_cahn、chimad_bm2_modified、meumapps-ss、pfhub_bm1a、pfhub_bm1a_sundials
• 这些名字大致可以读成：
• allen_cahn
  
  ：Allen-Cahn
• chimad_bm2_modified
  
  ：CHiMaD 基准 2 改写版
• meumapps-ss
  
  ：MEUMAPPS-SS 固态/固态组织模块
• pfhub_bm1a
  
  ：PFHub 基准 1a
• pfhub_bm1a_sundials
  
  ：带 SUNDIALS 时间积分器的 PFHub 基准 1a
• 另外，test/input/ 下还有 20 个官方测试/输入/工具文件，可作为最小可复现实例。

9. FEniCS（按当前官方开源实现 DOLFINx 统计）

• 官方站点：FEniCS
• 当前官方源码入口（核心实现之一）：FEniCS/dolfinx
• 官方 demos 页面：DOLFINx demos
• Python demos 共 25 个，其中最接近相场的是 demo_cahn-hilliard.py
• C++ demo 目录共 8 个
• 所以它更像“能拿来做相场”的底层开源框架，而不是“相场专用软件包”
• 这些 demo 名如果按中文速读，大致是：
• demo_axis.py
  
  ：轴对称/坐标轴示例
• demo_biharmonic.py
  
  ：双调和方程
• demo_cahn-hilliard.py
  
  ：Cahn-Hilliard 相分离
• demo_comm-pattern.py
  
  ：并行通信模式
• demo_elasticity.py
  
  ：弹性
• demo_gmsh.py
  
  ：Gmsh 网格生成
• demo_half_loaded_waveguide.py
  
  ：半加载波导
• demo_hdg.py
  
  ：HDG 方法
• demo_helmholtz.py
  
  ：Helmholtz 方程
• demo_interpolation-io.py
  
  ：插值与输入输出
• demo_lagrange_variants.py
  
  ：Lagrange 单元变体
• demo_mixed-poisson.py
  
  ：混合 Poisson
• demo_mixed-topology.py
  
  ：混合拓扑网格
• demo_navier-stokes.py
  
  ：Navier-Stokes 流动
• demo_pml.py
  
  ：完美匹配层
• demo_poisson.py
  
  ：Poisson 方程
• demo_poisson_matrix_free.py
  
  ：无矩阵 Poisson
• demo_pyamg.py
  
  ：PyAMG 求解器
• demo_pyvista.py
  
  ：PyVista 可视化
• demo_scattering_boundary_conditions.py
  
  ：散射边界条件
• demo_static-condensation.py
  
  ：静态凝聚
• demo_stokes.py
  
  ：Stokes 流
• demo_tnt-elements.py
  
  ：TNT 单元
• demo_types.py
  
  ：数值类型/精度类型

10. AMPE

• 官方仓库：LLNL/AMPE
• examples/
  
   下共 12 个示例目录： AuNi_2D、AuNi_3D、bilayer_AuNi、bilayer_MoNbTa、ChenShen98、CuNi_1D、Dendrite2D、DendriteDiluteAlCu、Diffusion1D、GG3D_HBSM、two_bilayer_AuNi、TWO_GRAINS_HBSM_2D
• benchmarks/
  
   下还有 2 个官方 benchmark 目录：PFHub1a、PFHub3
• input/
  
   下还有 4 个模板输入文件
• 如果把这些示例名顺成中文，大致是：
• AuNi_2D
  
  ：金镍二维
• AuNi_3D
  
  ：金镍三维
• bilayer_AuNi
  
  ：金镍双层
• bilayer_MoNbTa
  
  ：钼铌钽双层
• ChenShen98
  
  ：Chen-Shen 1998 参考模型
• CuNi_1D
  
  ：铜镍一维
• Dendrite2D
  
  ：二维枝晶
• DendriteDiluteAlCu
  
  ：稀 Al-Cu 枝晶
• Diffusion1D
  
  ：一维扩散
• GG3D_HBSM
  
  ：三维晶粒长大 HBSM
• two_bilayer_AuNi
  
  ：双双层 AuNi
• TWO_GRAINS_HBSM_2D
  
  ：二维双晶粒 HBSM
• PFHub1a
  
  ：PFHub 基准 1a
• PFHub3
  
  ：PFHub 基准 3
• example_amr.in
  
  ：自适应网格模板
• example_bare_minimum.in
  
  ：最小输入模板
• example_full.in
  
  ：完整输入模板
• example_noamr.in
  
  ：无自适应网格模板

我会怎么给它们排一个“上手优先级”

如果你的目标是“今天就想找个开源相场软件开跑”，我会这样看：

1. FiPy Python 友好，教程和示例是最完整的一档。

2. OpenPhase、PRISMS-PF、AMPE、MMSP 更偏材料相场研究正统路线，示例主题也更贴近书里的语境。

3. SfePy、FEniCS、MOOSE 框架能力很强，但它们更像“能做相场”的通用求解平台，需要更强的 PDE/FEM 背景。

4. MEUMAPPS 很有研究价值，但明显更偏 HPC/研究代码风格。

完整示例清单放在附录

为了不把正文撑成一张超长目录，我把逐项翻到的完整 example 列表单独放进了附录文件：

• phasefield_examples_appendix.md

这份附录里把我实际扫到的官方 example、demo、application、benchmark、input 都按仓库目录一条条列出来了。

参考来源

• COMSOL: product-download
• FiPy: NIST 项目页 | GitHub | examples 文档
• MatCalc: download.matcalc.at
• SfePy: GitHub
• MICRESS: products
• μ-PRO: 官网
• OpenPhase: 官网 | GitHub
• PRISMS-PF: GitHub
• MMSP: GitHub
• MPFUI: GitHub
• MOOSE: GitHub | phase_field 模块文档
• MEUMAPPS: ORNL 说明页 | ORNL GitLab
• CAPA: GitHub
• FEniCS: 官网 | DOLFINx demos
• AMPE: GitHub
• EasyPhase: 相关论文示例