1計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用

ComputerinMaterialsScienceandEngineering(MSE)吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院CollegeofMaterialsScienceandEngineering,JilinUniversity第1頁21.1材料科學(xué)與工程(MSE)1.1.1

MSE研究內(nèi)容是研究材料組成、結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝和使用性能以及它們之間相互關(guān)系科學(xué)。內(nèi)容包含：材料組織、結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)、缺點(diǎn)與性能關(guān)系，材料形成機(jī)理和制備方法，材料在加工、使用過程中改變和失效機(jī)理，材料性能測試和材料工程應(yīng)用等。美國國家研究院材料科學(xué)與工程委員會(huì)《90年代材料科學(xué)與工程：在材料時(shí)代保持競爭力》材料科學(xué)與工程領(lǐng)域存在四個(gè)要素（性質(zhì)與現(xiàn)象、使用性能、結(jié)構(gòu)與成份、合成與加工）兩個(gè)關(guān)鍵（儀器設(shè)備和分析建模）第2頁31.1.1

MSE研究內(nèi)容Source:MaterialsScienceandEngineeringforthe1990s,NRC,1989Synthesis

&Processingcomposition,crystalgrowth,thermaltreatment,etc.Structuremicro-,nano-,molecular,crystalPropertieselectronic,mechanical,optical,etc.Performance四個(gè)要素第3頁41.1材料科學(xué)與工程(MSE)1.1.2MSE特點(diǎn)1)是多學(xué)科交叉新興科學(xué)2)與許多基礎(chǔ)學(xué)科有著不可分割聯(lián)絡(luò)3)有很強(qiáng)應(yīng)用目標(biāo)和明確應(yīng)用背景第4頁51.2計(jì)算機(jī)在MSE中應(yīng)用計(jì)算機(jī)在MSE應(yīng)用非常廣泛。材料科學(xué)是研究材料組成與結(jié)構(gòu)、合成與制備、性能與應(yīng)用以及它們之間相互關(guān)系一門科學(xué)，在全部這些方面，計(jì)算機(jī)都發(fā)揮了非常主要作用。1.2.1計(jì)算機(jī)用于新材料設(shè)計(jì)

20世紀(jì)50年代開始；80年代實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)條件趨于成熟；計(jì)算機(jī)技術(shù)是保障、條件。1.2.2材料數(shù)據(jù)庫第5頁61.2計(jì)算機(jī)在MSE中應(yīng)用1.2.3人工智能在MSE中應(yīng)用1.2.4計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用1.2.5計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)和圖像處理1.2.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在材料研究中應(yīng)用1.2.7材料工藝過程優(yōu)化及自動(dòng)控制第6頁71.3課程演變材料是各種多樣，如金屬、陶瓷、電子材料、塑料和復(fù)合材料，它們?cè)谥苽浜褪褂眠^程中許多概念、現(xiàn)象和轉(zhuǎn)變都含有驚人相同之處。第7頁81.3課程演變《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用》課程走過歷程與材料科學(xué)發(fā)展過程非常相同，經(jīng)歷了早期形成階段、以材料二級(jí)學(xué)科各自發(fā)展階段和現(xiàn)在正在以材料一級(jí)學(xué)科為基礎(chǔ)融合階段。第8頁91.3課程演變以二級(jí)學(xué)科設(shè)置選修課。比如：《計(jì)算機(jī)在焊接中應(yīng)用》;《計(jì)算機(jī)在鑄造中應(yīng)用》;《計(jì)算機(jī)在硅酸鹽中應(yīng)用》等第9頁101.3課程演變年以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用已深入滲透了材料各個(gè)研究領(lǐng)域，成為當(dāng)前材料研究領(lǐng)域和生產(chǎn)制造行業(yè)主要前沿之一；與此同時(shí)，材料科學(xué)與工業(yè)技術(shù)突飛猛進(jìn)，不停孕育著新產(chǎn)業(yè)，如光電子產(chǎn)業(yè)、納米技術(shù)、磁電子技術(shù)等。提出了按一級(jí)學(xué)科辦學(xué)理念。將《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用》課程由原來專業(yè)選修課程提升確定為院管選修課程，要求該課程教學(xué)內(nèi)容按一級(jí)學(xué)科進(jìn)行調(diào)整。第10頁111.3課程學(xué)習(xí)安排1.3.1內(nèi)容安排（上課）緒論計(jì)算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)材料數(shù)據(jù)庫與教授系統(tǒng)材料科學(xué)研究中數(shù)據(jù)與圖像處理互聯(lián)網(wǎng)——材料研究有用工具第11頁121.3課程學(xué)習(xí)安排1.3.1內(nèi)容安排（試驗(yàn)）1．材料科學(xué)文件檢索實(shí)踐（必做）掌握使用計(jì)算機(jī)應(yīng)用局域網(wǎng)和國際互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行材料科學(xué)方面文件檢索，并基本掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)與文件檢索基本技巧。2.材料物理場數(shù)值計(jì)算（選做）用有限差分法或有限元法對(duì)材料科學(xué)與工程溫度場或應(yīng)力場或濃度場分析，進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。3．材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)分析（必做）采取數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理。第12頁131.3課程學(xué)習(xí)安排4.不一樣材料過程模擬與數(shù)學(xué)建模（必做）材料科學(xué)與工程中數(shù)值計(jì)算模擬、材料科學(xué)與工程過程中模型建立和材料過程模擬與優(yōu)化，或正確了解各種不一樣材料合成與加工過程，應(yīng)用材料學(xué)知識(shí)和相關(guān)軟件進(jìn)行材料分子結(jié)構(gòu)模擬與組織性能等方面數(shù)學(xué)建模。5.材料生產(chǎn)過程CAD設(shè)計(jì)（選做）了解CAD軟件應(yīng)用環(huán)境及普通使用技巧，使用AutoCAD軟件進(jìn)行簡單材料工程設(shè)計(jì)，包含車間設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)等。第13頁1.3課程學(xué)習(xí)安排146.材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用（選做）了解各類材料數(shù)據(jù)庫，如PDF卡片數(shù)據(jù)庫，材料力學(xué)性能、物理性能數(shù)據(jù)庫以及材料網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等，簡單材料數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。7.相圖計(jì)算機(jī)計(jì)算（選做）采取熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)計(jì)算簡單相圖或用關(guān)相圖計(jì)算軟件進(jìn)行相圖計(jì)算。第14頁151.3課程學(xué)習(xí)安排1.3.2

參考書1)許鑫華，葉衛(wèi)平.計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2)劉莊，吳肇基等.熱處理過程數(shù)值模擬.北京：科學(xué)出版社，19963)喬芝郁，許志宏，劉洪霖.冶金和材料計(jì)算物理化學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，19994)“FACT-Win-UserManual”,C.W.BaleandA.D.Pelton,CRCT,EcolePolytechniquedeMontréal,Québec,Canada;January1999(http://www.crct.polymtl.ca)第15頁161.3課程學(xué)習(xí)安排5)王順興，劉勇.實(shí)用熱處理模擬技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，6)樊新民，孔見，孫斐.材料科學(xué)與工程計(jì)算機(jī)技術(shù).江蘇