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1、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用領(lǐng)域 計(jì)算機(jī)的具體應(yīng)用,1.1計(jì)算機(jī)用于新材料的設(shè)計(jì),材料設(shè)計(jì)主要是利用人工智能、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)模擬、知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù), 使人們能將物理、化學(xué)理論和大批雜亂的實(shí)驗(yàn)資料溝通起來(lái), 用歸納和演繹相結(jié)合的方式對(duì)新材料的研制作出決策, 為材料設(shè)計(jì)的實(shí)施提供行之有效的技術(shù)和方法。,1.2材料科學(xué)研究中的計(jì)算機(jī)模擬,計(jì)算機(jī)模擬是一種根據(jù)實(shí)際體系在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)將模擬結(jié)果與實(shí)際體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較, 可以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性, 也可以檢驗(yàn)出模型導(dǎo)出的解析理論所作的簡(jiǎn)化近似是否成功,還可為現(xiàn)實(shí)模型和實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的探索模型做詳細(xì)的預(yù)測(cè)并提供。

2、方法。,1.3材料與工藝過(guò)程的優(yōu)化及自動(dòng)控制,材料加工技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制技術(shù)的飛速發(fā)展, 微機(jī)和可編程控制器在材料加工過(guò)程中的應(yīng)用正體現(xiàn)了這種發(fā)展和趨勢(shì)。在材料加工過(guò)程中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度, 更能改善產(chǎn)品的質(zhì)量和精度, 提高產(chǎn)量。,在材料的制備中, 可以對(duì)過(guò)程進(jìn)行精確的控制,例如材料表面處理熱處理中的爐溫控制等。計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合, 使工藝設(shè)備、檢測(cè)手段的準(zhǔn)確性和精確度等大大提高。,1.4計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)和圖像處理,材料科學(xué)研究在實(shí)驗(yàn)中可以獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 借助計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備, 可以大量保存數(shù)據(jù), 并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算、繪圖, 擬合分析和快速。

3、查詢等。利用計(jì)算機(jī)的圖像處理和分析功能就可以研究材料的結(jié)構(gòu), 從圖像中獲取有用的結(jié)構(gòu)信息, 如晶體的大小, 分布, 聚集方式等, 并將這些信息和材料性能建立相應(yīng)的聯(lián)系, 用來(lái)指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的研究。,返回,2.1材料科學(xué)研究中的數(shù)學(xué)模型建立和數(shù)值分析,數(shù)學(xué)模型建立是一種具有創(chuàng)新性的科學(xué)方法,它將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題簡(jiǎn)化, 抽象為一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題或數(shù)學(xué)模型, 再采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法求解, 進(jìn)而對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行定量的分析和研究, 最終達(dá)到解決實(shí)際問(wèn)題的目的。,2.1.1有限差分法,建立差分方程, 用有限差分代替無(wú)限微分, 以差分代數(shù)方程代替微分方程, 以數(shù)值計(jì)算代替數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程, 從而將連續(xù)函數(shù)離散化, 以有限的, 離散的數(shù)。

4、值代替連續(xù)的函數(shù)分布。計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)上述離散和計(jì)算的強(qiáng)大工具。,2.1.2有限元法,有限元法是將連續(xù)的介質(zhì)材料劃分為許多微小的單元有限個(gè)單元, 在確定其邊界條件后對(duì)其進(jìn)行單元求解, 從而獲得整體介質(zhì)的相關(guān)性能。有限元法的實(shí)現(xiàn)必須通過(guò)計(jì)算機(jī), 利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大而快速的數(shù)據(jù)計(jì)算、處理和存儲(chǔ)能力進(jìn)行有限元計(jì)算。,主要是利用有限元軟件進(jìn)行分析, 方法是先建立某個(gè)零件的幾何模型, 然后賦予其一定的材質(zhì)鋼材、木材等這些材質(zhì)的力學(xué)等性能是己知的, 施加載荷, 然后根據(jù)其邊界條件進(jìn)行有限元分析。,2.2材料科學(xué)研究中主要物理場(chǎng)的數(shù)值模擬,包括材料的傳熱(溫度場(chǎng))、應(yīng)力場(chǎng)(力學(xué)問(wèn)題)和濃度場(chǎng)(內(nèi)部原子的遷移流動(dòng))等。

5、的計(jì)算, 以上問(wèn)題即可采用前述的有限元分析法進(jìn)行模擬“ 傳熱傳質(zhì)過(guò)程”。,材料內(nèi)部原子遷移的微觀過(guò)程和由此引起的物質(zhì)的宏觀流動(dòng)與材料在生產(chǎn)和使用過(guò)程中的許多物理化學(xué)過(guò)程密切相關(guān), 因此使用有限元法對(duì)擴(kuò)散的濃度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算的技術(shù)具有重要的意義。,2.3組織轉(zhuǎn)變的計(jì)算機(jī)模擬,鋼材的性能主要取決于其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu), 鋼的常溫組織是在加熱之后的冷卻過(guò)程中形成和完成的, 為了使鋼材獲得某種預(yù)期的組織結(jié)構(gòu), 就需要準(zhǔn)確地測(cè)量鋼在熱處理或熱加工過(guò)程中的冷卻過(guò)程。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的開展使材料的組織轉(zhuǎn)變數(shù)值模擬成為可能, 鋼的TTT曲線和CCT曲線為組織轉(zhuǎn)變提供了兩種不同的模擬途徑。,2.4相圖計(jì)算及其軟件,相圖是。

6、描述相平衡系統(tǒng)的重要幾何圖形, 通過(guò)相圖可以獲得某些熱力學(xué)資料反之, 由熱力學(xué)數(shù)據(jù)建立一定的模型也可計(jì)算和繪制相圖。用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算和繪制相圖有了廣泛的應(yīng)用。,Thermo-Calc包括物質(zhì)和溶液數(shù)據(jù)庫(kù)、熱力學(xué)計(jì)算系統(tǒng)和熱力學(xué)評(píng)估系統(tǒng)。Fact包括物質(zhì)和溶液兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)及一套熱力學(xué)和相圖等的優(yōu)化計(jì)算軟件。這些軟件的共同特定是集成了具有自洽性的熱化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和先進(jìn)的計(jì)算軟件。可用于各種類型的二元、三元和多元相圖的平衡計(jì)算。,2.5材料數(shù)據(jù)庫(kù),計(jì)算機(jī)材料數(shù)據(jù)庫(kù)具有存儲(chǔ)信息量大、存取速度快、查詢方便、使用靈活、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。目前已有的材料數(shù)據(jù)庫(kù)包括合金相圖數(shù)據(jù)庫(kù)、陶瓷相圖數(shù)據(jù)庫(kù)、材料腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)、材料摩擦。

7、磨損數(shù)據(jù)庫(kù)等,還包括材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)、金屬?gòu)椥孕阅軘?shù)據(jù)中心和金屬擴(kuò)散數(shù)據(jù)中心等數(shù)種各類數(shù)據(jù)庫(kù)。,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得材料數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)一步走向現(xiàn)代化,在材料研究、理化測(cè)試、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和決策咨詢中得到廣泛應(yīng)用。另外, 利用人工智能技術(shù)的材料加工等專家系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展。包括預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)、診斷專家系統(tǒng)、設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、規(guī)劃專家系統(tǒng)、監(jiān)視專家系統(tǒng)、控制專家系統(tǒng)等。,2.6材料加工過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制,生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制是生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。在材料加工控制領(lǐng)域, 運(yùn)用較多的是微型計(jì)算機(jī)和可編程控制器。計(jì)算機(jī)在材料加工中的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面物化性能測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)聚集和處理、加工過(guò)程的自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

8、和制造、計(jì)算機(jī)輔助研究、材料加工過(guò)程的全面質(zhì)量管理等。,2.7材料科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像處理,利用計(jì)算機(jī)可以大量保存并方便快速查找實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 而且更重要的是可以對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的后續(xù)處理計(jì)算、繪圖、擬合分析等。目前, 可用于數(shù)據(jù)管理、計(jì)算、繪圖、解析和擬合分析的軟件很多, 有些功能強(qiáng)大, 有些則相對(duì)簡(jiǎn)單、專業(yè)化。比如origin可以對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行一般的處理與繪圖, 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理和一般的統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)正逐漸成為輔助研究材料結(jié)構(gòu)與性能之間定量關(guān)系的一種重要手段。圖像處理主要是用常規(guī)軟件(photo shop等)進(jìn)行材料的圖像分析與處理, 例如, 材料凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)單元的測(cè)量,利用圖像色調(diào)整的方法進(jìn)行圖像的二值化, 包括目標(biāo)粒子的分離, 背景的去除, 設(shè)定閉值進(jìn)行二值化等。,計(jì)算機(jī)作為一種現(xiàn)代工具, 在當(dāng)今世界的各個(gè)領(lǐng)域日益發(fā)揮巨大的作用, 它己滲透到各門學(xué)科領(lǐng)域以及日常生活中成為現(xiàn)代化的標(biāo)志。在材料領(lǐng)域, 計(jì)算機(jī)也正在逐漸成為極其重要的工具, 計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用正是材料科學(xué)飛速發(fā)展的重要原因之一。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机与材料化学应用背景介绍,计算机在材料工程中的应用.ppt的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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