計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用材料科學(xué)與工程學(xué)院劉旭俐福州大學(xué)多媒體課件第1頁(yè)第2章材料研究中數(shù)據(jù)與圖像處理

2.1材料研究中數(shù)據(jù)處理.

2.1.1數(shù)據(jù)處理軟件介紹.2.1.2Origin基本功效.2.1.3Origin在材料研究中應(yīng)用.

目錄1第2頁(yè)目錄22.2材料加工研究中圖像分析.

2.2.1數(shù)字圖像獲取2.2.2圖像分析軟件介紹2.2.3Photoshop基本功效2.2.4Photoshop在材料研究中應(yīng)用第3頁(yè)2.1材料研究中數(shù)據(jù)處理2.1材料研究中數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理范圍數(shù)據(jù)存貯數(shù)據(jù)快速查找數(shù)據(jù)后續(xù)處理計(jì)算繪圖擬合分析第4頁(yè)2.1.1數(shù)據(jù)處理軟件介紹2.1.1數(shù)據(jù)處理軟件介紹

Origin.

Excel

Matlab

Mathmatica

Maple第5頁(yè)Origin

OriginOriginproAdd-onmodules

OriginLab企業(yè)開(kāi)發(fā)

1991年問(wèn)世

特點(diǎn)：功效強(qiáng)大界面友好直觀操作簡(jiǎn)單易學(xué)功效開(kāi)放

圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件第6頁(yè)Excel

Excel

Microsoft企業(yè)開(kāi)發(fā)

1985年上市

特點(diǎn)：界面友好直觀操作相對(duì)簡(jiǎn)單易學(xué)功效相對(duì)簡(jiǎn)單

辦公自動(dòng)化軟件第7頁(yè)Matlab

Matlab

MathWork企業(yè)開(kāi)發(fā)

1984年推向市場(chǎng)

特點(diǎn)：界面友好直觀輸出結(jié)果可視化功效豐富使用難度較高

線性系統(tǒng)分析和仿真工具矩陣知識(shí)計(jì)算機(jī)編程技術(shù)豐富函數(shù)和命令第8頁(yè)Matlab例:解線性方程123x1366456x2=804780x3351其輸入以下:>>A=[123;456;780]>>b=[366;804;351]>>x=inv(A)＊b第9頁(yè)MatlabA=123456780B=366804351X=25.000022.000099.0000屏幕顯示結(jié)果:第10頁(yè)Mathmatica

Mathmatica

StephenWolfram領(lǐng)導(dǎo)小組開(kāi)發(fā)

1987年推向市場(chǎng)

特點(diǎn)：以符號(hào)計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng)高精度數(shù)值計(jì)算功效和強(qiáng)大圖形功效

能夠作為一個(gè)算法語(yǔ)言，編寫程序計(jì)算

數(shù)學(xué)分析型軟件第11頁(yè)Mathmatica例:解代數(shù)方程Out[1]={{x->1},{x->(-1)2/3},{x->(-1)4/3}}其輸入及屏幕顯示以下:In[1]：=Solve[x^3-1==0,x]x3-1=0第12頁(yè)Maple

Maple

加拿大Waterloo大學(xué)

1985年首次推向市場(chǎng)

特點(diǎn)：含有強(qiáng)大符號(hào)運(yùn)算能力數(shù)值計(jì)算能力、圖形處理能力借助鍵盤和顯示器進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算、數(shù)學(xué)推理、猜測(cè)證實(shí)以及智能化文字處理.

交互式計(jì)算機(jī)代數(shù)系統(tǒng)第13頁(yè)Maple例:求ycos(x2)導(dǎo)數(shù)問(wèn)題其輸入以下:>f:=y＊cos(x^2)>Diff(diff(f,x),y)=diff(diff(f,x),屏幕顯示結(jié)果:f:=ycos(x2)第14頁(yè)2.1.2Origin基本功效2.1.2Origin基本功效

數(shù)據(jù)輸入\編輯\保留

數(shù)據(jù)分析

擬合分析

繪圖二維Graph三維Graph多層Graph

繪圖第15頁(yè)2.1.2Origin基本功效

數(shù)據(jù)輸入\編輯\保留數(shù)學(xué)運(yùn)算統(tǒng)計(jì)傅里葉變換數(shù)據(jù)平滑和濾波基線和峰值分析

數(shù)據(jù)分析線性擬合非線性擬合

擬合分析第16頁(yè)Origin界面

Origin界面第17頁(yè)窗口與菜單欄WorksheetGraphExcellLayoutMatrixNotesFunction第18頁(yè)數(shù)據(jù)輸入編輯保留1

數(shù)據(jù)輸入\編輯\保留數(shù)據(jù)輸入鍵盤輸入.復(fù)制其它數(shù)據(jù)文件.從已經(jīng)有數(shù)據(jù)文件中讀入數(shù)據(jù)Origin二進(jìn)制方式數(shù)據(jù)(.opj)文本格式(ASCII).Excel格式(.xls).數(shù)據(jù)庫(kù)文件(.dbf)Edit→PasteFile→OpenFile→

Import→ASCIIFile→

Import→ODBC第19頁(yè)數(shù)據(jù)輸入編輯保留2數(shù)據(jù)編輯Edit→Clear刪除數(shù)據(jù)(格\列\(zhòng)行)修改數(shù)據(jù)改變數(shù)據(jù)列名稱.改變數(shù)據(jù)屬性.改變數(shù)據(jù)類型.Column→Format→Column→OptionsFormat→Column→ColumnName第20頁(yè)數(shù)據(jù)輸入編輯保留3數(shù)據(jù)保留ASCII文本格式保留數(shù)據(jù).File→ExportASCII

Origin二進(jìn)制方式保留數(shù)據(jù).File→SaveFile→SaveAs第21頁(yè)數(shù)據(jù)分析1

數(shù)據(jù)分析數(shù)學(xué)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算.減去參考直線垂直或水平移動(dòng)多條曲線平均插值微分.積分Analysis→Substrate→StraightLineAnalysis→Calculus→DifferentiateAnalysis→Calculus→IntegrateAnalysis→Interlolate→ExtrapolateAnalysis→Translate→VerticalAnalysis→AverageMultipleColumn→SetColumnvalues第22頁(yè)數(shù)據(jù)分析2統(tǒng)計(jì)描述性統(tǒng)計(jì)t-檢驗(yàn)方差分析頻數(shù)統(tǒng)計(jì).正態(tài)統(tǒng)計(jì).列/行統(tǒng)計(jì).Statistics→DescriptiveStatistics→FrenquencyCountStatisticsonColumns/RowsNormalityTest(Shapiro-Wilk)單樣本t-檢驗(yàn).雙樣本t-檢驗(yàn).Statistics→HypothesisTesting→OneSamplet-TestTwoSamplet-Test直方圖質(zhì)量控制圖存活率分析方框圖方差分析.t-檢驗(yàn)描述性統(tǒng)計(jì)Statistics→ANOVA→單因子方差分析.雙因子方差分析One-WayANOVATwo-WayANOVA第23頁(yè)擬合分析

擬合分析線性擬合一元線性擬合.多元線性擬合.非線性擬合.Tools→LinearFitStatistics→Multipleregression激活Graph窗口Analysis→Fit(各種形式)第24頁(yè)繪圖二維Graph.

繪圖均值及標(biāo)準(zhǔn)差圖形表示雙Y軸表示直方圖\扇形圖函數(shù)圖形繪制Column→SetasYErrorPlot→

選定兩列Y數(shù)據(jù)Plot→SpecialLine/Symgol→Double-YPlot→Statisticalgraphs→HistogramFile→New→Function→寫入函數(shù)公式Plot→第25頁(yè)2.1.3Origin在材料研究中應(yīng)用2.1.3Origin在材料研究中應(yīng)用實(shí)例

反應(yīng)結(jié)合氧化鋁動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究

數(shù)學(xué)模型建立和擬合

譜線處理第26頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究1

反應(yīng)結(jié)合氧化鋁動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究以陶瓷(Al2O3)及金屬鋁復(fù)合粉末為原料，控制條件使鋁氧化成為氧化鋁，研究反應(yīng)過(guò)程中氧化過(guò)程和機(jī)理。1.采取熱分析儀取得溫度-失重?cái)?shù)據(jù)、熱失重曲線2.明確反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理數(shù)學(xué)模型.3.數(shù)據(jù)分析.第27頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究2(試驗(yàn)結(jié)果)Temperature(℃)--36038040044048052056060064068072076080084088092096010001040108011201160Wtloss(%)-6.42-6.21-5.86-5.37115-4.55434-2.40855-0.706713.790285.059415.154595.710556.086196.652346.880526.993397.411287.617298.983899.511389.725769.782610.48278試驗(yàn)結(jié)果第28頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究3(數(shù)據(jù)計(jì)算)第29頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究5(作圖)第30頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究6（線性擬合）第31頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究7（線性擬合）第32頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究8（線性擬合）Y=3.50562-0.99977第33頁(yè)數(shù)學(xué)模型建立和擬合

數(shù)學(xué)模型建立和擬合以IF(無(wú)間隙原子)鋼再結(jié)晶過(guò)程為例。明確可用數(shù)學(xué)模型.JMAK模型:新再結(jié)晶模型:第34頁(yè)數(shù)學(xué)模型建立和擬合2.經(jīng)過(guò)試驗(yàn)取得再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線方法同”反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究”以ln[-ln(1-Xv)]為橫坐標(biāo),以lnτ為縱坐標(biāo)作圖已再結(jié)晶分?jǐn)?shù)Xv-時(shí)間τ曲線3.模型系數(shù)計(jì)算及驗(yàn)證模型變形(JMAK模型):采取線性擬合得到截距、斜率由截距和斜率計(jì)算n，κ第35頁(yè)譜線處理

譜線處理曲線擬合.曲線平滑.Analysis→Smoothing→基線與數(shù)據(jù)背景校正.Analysis→Substract→譜微分和積分.Analysis→Calculus→Analysis→Fit……..→譜圖分辨.第36頁(yè)曲線平滑第37頁(yè)基線與數(shù)據(jù)校正第38頁(yè)譜微分與積分第39頁(yè)曲線擬合第40頁(yè)作業(yè)作業(yè)2：選擇你們?cè)凇恫牧闲阅軐W(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)》中任意一個(gè)試驗(yàn)為對(duì)象，采取Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。（盡可能多地練習(xí)各種功效）。（沒(méi)有數(shù)據(jù)請(qǐng)自行設(shè)計(jì)）

選擇你們?cè)凇懂?dāng)代材料分析技術(shù)》中XRD譜為對(duì)象，采取Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析（盡可能多地練習(xí)各種功效）。

(沒(méi)有圖譜請(qǐng)E-mail:

wgxl@)第41頁(yè)作業(yè)要求作業(yè)要求及提交:將上兩題作業(yè)分別以“性能學(xué)試驗(yàn)結(jié)果分析”“XRD譜分析”保留;2.提供WORD文檔一份，說(shuō)明你進(jìn)行試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算需要用到計(jì)算公式、你在數(shù)據(jù)分析中完成分析項(xiàng)目，及XRD譜分析項(xiàng)目.以你名字或?qū)W號(hào)保留3.將上述三個(gè)文件存入以各位同學(xué)學(xué)號(hào)為名字文件夾中，匯總至各班班優(yōu)點(diǎn)，以壓縮文件包發(fā)至wgxl@第42頁(yè)XRD譜0第43頁(yè)XRD譜1第44頁(yè)XRD譜2第45頁(yè)XRD譜3第46頁(yè)XRD譜4第47頁(yè)XRD譜5第48頁(yè)XRD譜6第49頁(yè)XRD譜7第50頁(yè)XRD譜8第51頁(yè)XRD譜9第52頁(yè)XRD譜10第53頁(yè)XRD譜11第54頁(yè)XRD譜12第55頁(yè)XRD譜13第56頁(yè)均值標(biāo)準(zhǔn)差圖1第57頁(yè)均值標(biāo)準(zhǔn)差圖2第58頁(yè)均值標(biāo)準(zhǔn)差圖3第59頁(yè)均值標(biāo)準(zhǔn)差圖4第60頁(yè)均值標(biāo)準(zhǔn)差圖5第61頁(yè)數(shù)據(jù)輸入1(數(shù)據(jù)鍵盤輸入)第62頁(yè)數(shù)據(jù)輸入2(ASCII格式數(shù)據(jù)讀入)第63頁(yè)數(shù)據(jù)輸入3(XLS/DBF數(shù)據(jù)讀入)第64頁(yè)數(shù)據(jù)屬性1第65頁(yè)數(shù)據(jù)屬性2第66頁(yè)數(shù)據(jù)類型1第67頁(yè)數(shù)據(jù)類型2第68頁(yè)改變數(shù)據(jù)列名稱1第69頁(yè)改變數(shù)據(jù)列名稱2第70頁(yè)改變數(shù)據(jù)列名稱3第71頁(yè)數(shù)據(jù)保留1第72頁(yè)數(shù)據(jù)保留2第73頁(yè)算術(shù)運(yùn)算1(材料斷裂韌度)算術(shù)運(yùn)算以材料斷裂韌度(KIC)計(jì)算為例:P為斷裂載荷(N)L為跨距(20mm)w為試條寬度(mm)h為試條高度(mm)a為槽深（mm）Y為幾何因子，當(dāng)L=4h時(shí)，第74頁(yè)算術(shù)運(yùn)算2(材料斷裂韌度)a.完成數(shù)據(jù)輸入.b.利用函數(shù)表示式對(duì)數(shù)據(jù)格或數(shù)據(jù)列賦值.Column→SetColumnValues分別計(jì)算a/h;Y;KIC;第75頁(yè)算術(shù)運(yùn)算3(斷裂強(qiáng)度數(shù)據(jù)輸入)第76頁(yè)算術(shù)運(yùn)算4(計(jì)算a/h)第77頁(yè)算術(shù)運(yùn)算5(計(jì)算Y)第78頁(yè)算術(shù)運(yùn)算6(計(jì)算KIC)第79頁(yè)微分1第80頁(yè)微分2第81頁(yè)微分3第82頁(yè)列/行統(tǒng)計(jì)1列/行統(tǒng)計(jì)第83頁(yè)列/行統(tǒng)計(jì)2第84頁(yè)列/行統(tǒng)計(jì)3第85頁(yè)頻數(shù)統(tǒng)計(jì)1第86頁(yè)頻數(shù)統(tǒng)計(jì)2第87頁(yè)頻數(shù)統(tǒng)計(jì)3第88頁(yè)正態(tài)統(tǒng)計(jì)1第89頁(yè)正態(tài)統(tǒng)計(jì)2第90頁(yè)t-檢驗(yàn)1第91頁(yè)t-檢驗(yàn)2第92頁(yè)t-檢驗(yàn)3第93頁(yè)t-檢驗(yàn)4第94頁(yè)t-檢驗(yàn)5第95頁(yè)t-檢驗(yàn)6第96頁(yè)方差分析1第97頁(yè)方差分析2第98頁(yè)方差分析3第99頁(yè)一元線性擬合1例：由試驗(yàn)測(cè)得某種玻璃試樣伸長(zhǎng)量與溫度結(jié)果以下表,請(qǐng)對(duì)其進(jìn)行擬合.40.270.30溫度(k)伸長(zhǎng)差值(mm)979981983986988990992994溫度(k)伸長(zhǎng)差值(mm)9969981000100210050.340.360.420.460.52