计算机在材料工程中的应用-林江莉

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1、计算机在材料工程中的应用林江莉2004年2月第一章    绪论计算机在材料科学中的应用状况和发展趋势计算机数字图像处理与材料工程数学形态学是数字图像处理的一种重要方法第1节计算机在材料科学中的应用状况和发展趋势科研学习方面生产实践方面工厂设计方面科研学习方面资料的查询：www.google.come.pku.edu.cn（北大天网）www.scu.edu.cn图书馆中国学术期刊网、维普电子期刊网数据分析处理（绘制曲线、插值、曲线拟合、回归分析、数据的统计分析、结果的方差分析与选优）：EXCEL、MATLAB、C报告

2、的书写：Word、Photoshop数据的分析处理例1-1插值：已知CO2在1400、1500、1600OC时的比热容分别是2.310、2.3316、2.3525kJ/Bm3.OC,求CO2在1435OC时的比热容。FORECAST(x,known_y's,known_x's)例1-2曲线拟合（回归分析）：某种生物活性微晶玻璃，在一定温度下，放在模拟体液中处理，测定一批数据，进行曲线拟合（回归分析），写出该曲线的解析式。回归分析是用数理统计方法处理曲线拟合问题，和曲线拟合类似。但是它除了要给出方程的待定系数bi的估计

3、值外，还要对bi的估计值进行检验给出估计值的可靠性R愈接近于1，则回归方程的拟合度愈好。t1246810121724y0.0150.4610.9171.4131.7872.0452.2512.6642.903例1-3数据的统计分析动弹模量仪在金属、非金属固体材料弹性测试中得到广泛应用。今将玻璃试样加工成矩形长方体，放在两支点上，敲击试样中部，使之自由振动，由动弹仪测定其固有频率，给出读数R，代入公式E＝（M×m）/(b×R2)求得其弹性模量E，测量试样50次，求E的均数和标准差。（样本的标准差反映了样本相对于均值)的

4、离散程度。）已知：试样的形状因素M＝1230试样质量m＝20.368g试样宽度b＝7.34mmR测量值见EXCEL表均值：AVERAGEA(value1,value2,...)标准差：STDEV(number1,number2,...)EXCEL中搜索“统计函数”关键字了解更多内容利用MATLAB进行数据的分析处理这些命令主要存放于StatisticsToolbox中利用p=ployfit（X,Y，n）作回归分析。n＝1为线性回归分析；n＝2为抛物线回归分析，……,得到包含各待定系数bi的P向量。利用refcurve

5、(p)绘制拟合的曲线利用mean(X)求均值利用std(X)求标准差生产实践方面生产过程的数值仿真材料的合成和制备的计算机模拟材料的组成和结构的计算机模拟对材料加工过程的计算机模拟薄膜生长与原子尺度的计算机模拟在材料选择中的应用生产过程的计算机控制在材料分析测试技术中的应用（粒度的测量）在生产企业管理中的应用生产过程的数值仿真硅酸盐制品种繁多，生产工艺各异，大多在高温、密闭设备内进行，影响生产过程的因素众多，且相互关联。因此，为了更好的研究硅酸盐制品生产过程中各种传递现象和各种物理场的分布必须要寻找一个灵活多变、简便

6、可信的方法。目前有三类研究方法：测试仪表的现场实测法（受设备、仪表水平的限制）用实体模型的物理仿真法（无法满足所有相似条件）数字模型的数值仿真法（能满足边界条件的相似，可以方面的改变输入，模拟多种情况下的输出。难点：建立符合实际的数学模型）材料的合成和制备的计算机模拟现代高新技术的发展，对材料的性能要求越来越高，随着对材料微观结构与宏观性能关系了解的日益深入,人们将可以从理论上预言具有特定结构与功能的材料体系,设计出符合要求的新型材料,并通过先进工艺和技术制造出来。当今，人们采用各种新颖的模拟算法,并结合运算功能强大

7、的计算机,能够在细致和精确程度对物质内部状况做到前所未有的研究，因此计算机模拟在材料科学中的应用越来越广泛,并由此产生了一门新的材料研究分支——计算材料科学(ComputationalMaterialsScience)。采用模拟技术进行材料研究的优势在于它不但能够模拟各类实验过程,了解材料的内部微观性质及其宏观力学行为,并且在没有实际备制出这些新材料前就能预测它们的性能,为设计出优异性能的新型结构材料提供强有力的理论指导.材料科学研究中的模拟“实验”比实物实验更高效、经济、灵活,并且在实验很困难或不能进行的场合仍可进

8、行模拟“实验”,特别是在对微观状态与过程的了解方面,模拟“实验”更有其独特性甚至有不可替代的作用.材料的组成和结构的计算机模拟现今材料的组成和结构表征研究主要采用各种大型分析设备进行,例如各种电镜：如扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、分析电镜(AEM)、扫描探针显微镜(SPM)等；以及各种谱仪：如可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、原子吸收光谱