计算机在材料科学中的应用教学规范

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1、《计算机在材料科学中的应用》教学规范课程类别：专业基础课课程性质：限选课面向专业：材料科学与工程学院金属材料工程、无机非金属材料、高分子材料、材料物理等专业。一、课程的性质、任务与基本要求1.本课程的性质与任务《计算机在材料科学中的应用》是材料科学与工程专业一门同计算机应用有密切联系的专业基础课。本课程的教学目的是在加强读者对基础知识、基本方法掌握的基础上，结合材料科学研究领域的新方法、新技术中计算机的应用，注重培养学生利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。2.课程的基本内容和要求通过学习本课程应主要掌握

2、以下几方面的内容：（1）材料科学研究中数学模型的建立方法、常用的数值分析方法和主要物理场的数值模拟；（2）材料行为工艺的计算机模拟方法;（3）材料数据库和专家系统与新材料、新合金的计算机辅助设计；（4）材料加工过程的计算机控制、计算机在材料性能检测方面的应用；（5）材料科学研究中计算机数据和图像分析、处理方法；（6）利用互联网进行文献检索并研究材料方面的有关问题。3.教学环节与学时分配课堂教学：40学时（包括课堂讨论等教改环节）上机：26学时总计：66学时二、教学内容与教学计划绪论1学时课程的性质与任务，主要内容及研究方法

3、，本课程的特点与学习方法，材料科学发展简史。第一章材料科学研究中的数学模型3学时1.教学内容与学时（1）数学模型基础1学时（2）建立数学模型的一般步骤和原则1学时（3）常用的数学建模方法1学时2.重点与难点（1）重点：数学模型及有关概念，建立数学模型的一般步骤和原则，四种常用数学建模方法。（2）难点：四种常用数学建模方法的理解与应用。第二章材料科学研究中常用的数值分析方法6学时1.教学内容与学时（1）有限差分法2学时（2）有限元法2学时（3）有限元软件介绍2学时2.重点与难点（1）重点：有限差分法与有限元法的基本原理、概念

4、，差分方程的建立步骤，及差分、差商的概念，差分方程的求解方法，有限元法中的直接刚度法，有限元法的基本理论。（2）难点：差分方程的解法、有限元法的直接刚度法、有限元法基本原理中的加权余量法和里兹法的具体理解。第三章材料科学研究中主要物理场的数值模拟5学时1.教学内容与学时（1）温度场计算2学时（2）应力场、浓度场计算3学时2.重点与难点（1）重点：温度场计算的初始条件与边界条件，平面温度场的有限差分与有限元求解方法，平面三节点三角形单元的划分规则；应力场计算中应力与应变方向的确定规则，平面应力场的几何方程与物理方程，弹性问题

5、的求解方法；浓度场的有限差分解法。（2）难点：平面温度场的有限元求解方法，应力场计算的弹性问题求解，浓度场的有限差分解法。第四章材料科学与行为工艺的计算机模拟3学时1.教学内容与学时（1）组织转变的计算机模拟1学时（2）计算机相平衡计算方法1学时（3）相图计算发展历程和计算机软件介绍0.5学时（4）计算机模拟在材料科学中的应用0.5学时2.重点与难点（1）重点：计算机相平衡计算方法，包括用CALPHAD方法计算相图的主要步骤与优点；计算机模拟在材料科学中的应用。（2）难点：计算机相平衡计算方法。第五章材料数据库和新材料新合

6、金的设计5学时1.教学内容与学时（1）数据库系统的组成与结构1学时（2）材料科学与工程数据库1学时（3）专家系统1学时（4）人工神经网络技术1学时（5）人工神经网络在材料科学中的应用1学时2.重点与难点（1）重点：数据库系统的组成与结构、数据库数据的主要特征；PC-PDF检索系统及FACT系统的应用；专家系统的相关概念、工作原理及类型；人工神经网络的基本概念、结构、学习方法及规则；人工神经网络在材料科学中的应用。（2）难点：专家系统的开发应用、人工神经网络的结构、原理及开发应用。第六章材料加工过程的计算机控制4学时1.教学

7、内容与学时（1）计算机控制基础2学时（2）计算机控制系统的输入与输出1学时（3）材料加工的计算机控制1学时2.重点与难点（1）重点：计算机控制系统的基本原理、分类、基本功能、组成与结构及一般概念，可编程控制器的基本特点，计算机控制系统的主要特点和基本要求；检测与转换技术及传感器；材料加工过程的计算机控制。（2）难点：计算机控制系统的基本原理、材料加工过程的计算机控制。第七章计算机在材料检测中的应用4学时1.教学内容与学时（1）材料成分的检测1学时（2）材料组织结构的检测1学时（3）材料力学性能的检测1学时（4）材料物理性能

8、的测量1学时2.重点与难点（1）重点：分析电子显微方法与光谱分析方法的相关概念、基本原理，计算机系统应用软件的功能；金相图像分析系统的相关应用，材料缺陷的计算机评定，显微组织的计算机防真；万能材料实验机的原理、组成及功能冲击实验的装置组成；冲击法测量磁性装置的组成。（2）难点：各种方法的基本原理，显微组