文档介绍：计算机在材料科学与工程中的应用广西大学材料科学与工程学院 第一章绪言计算机在材料科学与工程中的应用简介?用于新材料和新合金的设计?用于材料科学研究中的模拟?用于材料工艺过程的优化及自动控制?用于材料组成和微观结构的表征?用于数据和图像处理及其他用于新材料和新合金的设计?按所需材料性能来设计、制备新材料和新合金, 并使所设计的合金成分、组织或工艺达到最佳配合。其基本原理是基于已有的大量数据和经验事实出发,利用已有的各种不同结构层次的数学模型,如合金的成分、组织、结构与性能关系的数学模型及相关理论,通过计算机运算对比和推理思维来完成优选新合金和新材料的设计过程,其中引入了数学上的最优化理论来获得最佳方案的材料配方及生产工艺。克服来了传统“炒菜式”方法盲目性大,费工、费时和经济损耗大的缺点。?材料设计专家系统设计要求性能指标材料数据库材料知识库推理机推荐成分与工艺实验验证智能化 YES 优化结果知识获取机器学****结果 YES NO 集成化数据库:存储具体有关材料的数据值, 只能进行查询而不能推理。知识库:存储的是规则,当从数据库中查询不到相应的性能值时,能通过推理机构以一定的可信度给出性能的估算值,从而实现性能的预测功能。专家系统中两个最重要的部分是材料数据库和材料知识库。用于材料科学研究中的模拟?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,了解材料的内部性质及其宏观力学行为,在没有实际制备出这些新材料前就能预测它们的性能,为设计出性能优异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”更具有其独特性甚至有不可替代的作用。?根据模拟对象的尺度范围,计算机模拟可以划分为四个层次:电子层次( ~1nm )、原子分子层次( 1~10nm )、微观结构层次(约 1?m)、宏观层次(大于 1?m)。?数值模拟已逐步成为新工艺研究开发的重要手段和方法。选择合适的商业软件(如:热加工工艺商业软件: ANSYS 、 DYNA3D (板料塑性成形)、 ABAQUS (焊接)、 SOLIDA 、 AFS Solidification System3D (铸造)、 DEFORM E 、 E (体积塑性成形)),结合具体问题,进行改进提高研究,正逐步成为多、快、好、省的研究方法。用于材料工艺过程的优化及自动控制?在材料加工过程中应用计算机不仅能减轻劳动强度, 而且能改善产品的质量和精度,提高产量。?利用计算机可以对材料加工工艺过程进行优化控制, 例如:可以用计算机对渗碳(氮)全过程进行控制, 也可以利用计算机精密控制注塑机的注射速度。?计算机技术、微电子技术和自动控制技术相结合, 使工艺设备、检测手段的准确性和精确度等都获得了大幅提高。用于材料组成和微观结构的表征?目前,材料组成和结构表征研究主要采用各种大型分析设备进行,如扫描电镜、透射电镜、扫描探针显微镜、 X 射线衍射仪、中子衍射仪、拉曼光谱仪、原子吸收光谱仪、等离子体发射光谱仪、荧光光谱仪等,这些大型分析设备几乎无一例外的是在计算机的控制之下完成分析工作的。这些分析设备提供有不同的分析模拟软件以及相应的数据库,而且软件的功能非常强大,大大减轻了数据处理的工作量,并且可以给出各种图表。用于数据和图像处理及其他?材料科学研究在实验中获得的大量实验数据可以借助计算机的存储设备进行保存,并利用计算机对这些数据进行处理(计算、绘图、拟合分析)和快速查询等。?同时,利用光学显微镜和电子显微镜技术,可以以二维图像的方式表述材料的凝聚态结构,利用计算机的图像处理和分析功能可以从图像中获取有用的结构信息如晶粒的大小、分布、聚集方式等,从而可以把这些结构信息与材料的性能建立起相应的联系。?利用计算机网络,材料科学工作者可以很方便地查阅文献、相互交流、及追踪材料科学研究发展动向。第二章实验数据处理?一、利用 Microsoft Excel 进行数据处理?二、利用 Origin 进行数据处理?三、实验曲线的数据拟合要点: (最合适行高、列宽) 、坐标轴显示更改 、参数估计 、利用 Microsoft Excel 进行数据处理