计算机在材料科学中的应用-复习.ppt

计算机在材料科学中的应用
总复****br/>课程内容回顾
绪论
常用的数值计算方法
传热学的计算机分析
热处理工艺过程的计算机模拟
计算机材料设计和相图的计算
常用的软件介绍
绪论
1、计算机在材料科学与工程中的应用非常广泛,这也是材料飞速发展的主要因素之一。计算机在材料科学与工程中应用主要体现在哪几个方面?
(1)计算机用于新材料的设计
理论计算→预报→组分、结构和性能;
理论设计→订做→新材料;
按照生产要求→设计→制备和加工方法。
(2)材料数据库
目前已经建立了许多不同类型的材料数据库
合金、金属间化合物、高分子聚合物、陶瓷、玻璃、晶体、复合材料等各种材料的物理、化学和物理化学性质、力学性能方面的数据库――材料设计、合理选材。
作用:
材料设计中:成分设计和工艺优化需要大量的试验,耗费大量的人力、物力和时间。采用材料数据库和其他信息处理技术,能够减少研制工作量,缩短研发周期,降低成本和提高效率。
材料合成与制备:利用材料数据库,参考同类材料的合成与制备的经验,减少工作中的盲目性。
(3)材料科学研究中的计算机模拟
根据实际体系在计算机上进行模拟实验,通过将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较,可以检验模型的准确性,也可以检验由模型导出的解析理论所作的简化近似是否成功。
计算机模拟也可以根据模拟对象的尺度范围而划分为若干层次,划分依据:
电子层次
-1nm
电子结构
原子/分子层次
1-10nm
热力学和动力学等
微观结构层次
<1μm
晶粒生长、烧结、位错网、粗化和织构
宏观结构
>1μm
铸造、焊接和锻造等
(4)材料工艺过程的优化及自动控制
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都大大提高。
计算机在材料加工中的应用不仅可以减轻劳动强度,而且可以改善产品质量和精度,提高产量。
(5)计算机用于数据和图像处理
数据处理
借助计算机的存储设备,可以保存大量的数据,同时又可以利用计算机对数据进行处理(如计算、绘图和拟合分析等)和查找。
图像处理
(6)计算机网络在材料研究中的应用
借助于网络,从事材料研究的科学工作者可以相互交流,及时了解材料科学的发展动向,阅读相关杂志,查询已经发表的论文,建立网页介绍自己的研究成果等。
2、材料科学与工程是研究材料的组成、结构、性能、制备工艺和使用性能以及它们之间相互关系的科学,按研究的尺度范围,材料研究可以分为哪几个层次?
答:三个层次结构:一是电子、原子层次,即电子、原子与分子尺度。二是微观层次,其尺度范围在微米以上,要考虑的不是单个原子的行为而是在某个范围内的平均性质。三是更为宏观的层次,研究的是材料宏观性能、生产流程和使用性能之间的关系以及材料的断裂和微观结构的形成等。
常用的数值计算方法
方程求根
线性方程组求解
正交试验设计及回归分析
最小二乘法曲线拟合
3、已知方程式2x3-4x2+3x-6=0,写出其牛顿迭代公式,并写出迭代思路。
思路:牛顿迭代式为: