计算机在材料科学中的应用模拟题
计算机模拟方法在材料科学领域中的应用
计算机模拟方法在材料科学领域中的应用随着计算机技术的不断发展和进步，计算机模拟方法在材料科学领域中的应用越来越广泛。
这些模拟方法基于物理原理和数学模型，通过在计算机上运行相应的算法，可以模拟材料的结构、性质和行为，从而为材料科学研究提供全新的视角和工具。
本文将介绍计算机模拟在材料科学领域中的三个主要应用方向：分子动力学模拟、量子化学计算和相场模拟。
分子动力学模拟是一种常用的计算机模拟方法，它可以模拟材料的原子或分子的运动和相互作用。
通过分子动力学模拟，可以研究材料的结构演化、物理性质和力学响应，预测材料的力学性能和稳定性。
例如，在合金材料研究中，分子动力学模拟可以模拟不同元素之间的相互作用和晶体缺陷的形成，从而研究合金的力学性质和相变行为。
另外，分子动力学模拟还可以用于研究材料的界面和表面性质，例如材料表面的吸附行为和材料界面的结构稳定性。
量子化学计算是利用量子力学理论和计算机算法来模拟和计算材料的结构和性质。
通过量子化学计算，可以提供材料的电子结构信息、分子轨道能级以及化学反应的动力学过程。
在材料设计和催化剂优化方面，量子化学计算可以预测和优化材料的能带结构、键长、键角和反应催化机理等。
例如，在太阳能电池材料的研究中，量子化学计算可以计算和优化材料的能带结构，进一步提高太阳能的转化效率。
此外，量子化学计算还可以用于模拟和预测材料的光学性质，例如材料的吸收谱和荧光谱等。
相场模拟是一种基于平衡态统计物理原理的计算机模拟方法，它可以模拟材料的相分离和相变行为。
相场模拟通过引入一个表示相界面的相场变量，将相变问题转化为一个偏微分方程的求解问题。
相场模拟可以模拟和预测材料的相图、相分离形态和相变动力学过程。
例如，相场模拟可以研究材料的晶界行为和相分离现象，对材料的晶粒尺寸和形貌进行优化和控制。
另外，相场模拟还可以用于研究材料的金属间化合物相图和合金的相变行为。
综上所述，计算机模拟方法在材料科学领域中具有广泛的应用前景。
【免费下载】材料科学与工程中的计算机应用复习题答案
计算机模拟技术在材料研究中的应用
计算机模拟技术在材料研究中的应用近年来，随着计算机科学的快速发展和超级计算机的出现，计算机模拟技术已经成为材料科学研究中的重要工具。
通过计算机模拟技术，科学家们可以模拟各种材料的结构、性能和反应，并且预测未来的行为，为材料设计和优化提供有效的手段。
本文将从材料模拟的基本原理、模拟方法、应用领域以及前景等方面，介绍计算机模拟技术在材料研究中的应用。
一、材料模拟的基本原理材料模拟是一种基于计算机的科学技术，通过计算机程序模拟材料的结构、性质和反应过程。
目前，材料模拟主要包括分子动力学模拟、量子力学计算和连续介质力学模拟等方法。
其中，分子动力学模拟是最常用的一种模拟方法，它通过数值方法模拟材料中分子的运动轨迹和相互作用，得到材料在不同条件下的热力学和动力学性质。
二、模拟方法1.分子动力学模拟分子动力学模拟是基于牛顿第二定律和麦克斯韦-玻尔兹曼分布定律的数值模拟方法。
它通过计算原子和分子运动学性质，从而获得材料的热力学性质。
分子动力学模拟可以模拟材料在不同温度、压力和扭曲情况下的热力学和动力学性质，包括热涨落、弹性模量、热膨胀系数、热导率等。
2.量子力学计算量子力学计算是基于波函数和薛定谔方程的数值模拟方法。
它可以计算原子和分子的电子结构，从而确定它们的光谱性质，包括能带结构、局域态、密度泛函理论等。
量子力学计算对于设计新型材料和预测材料性质都有重要的作用。
3.连续介质力学模拟连续介质力学模拟是应用数值计算方法解决宏观材料行为问题的一种模拟方法。
它将材料看作连续介质，通过弹性力学、塑性力学、断裂力学和流变学等力学理论来探究材料的热力学和力学性质。
三、应用领域1.材料设计通过计算机模拟技术，科学家们可以从原子、分子和晶粒层面预测材料的性质，设计新型材料或优化已有材料的性能。
这对于发展材料科学和解决实际工艺问题都有重要意义。
2.材料加工材料加工是一个复杂的过程，材料的形变、应力和温度都会影响加工质量。
利用计算机模拟技术，可以准确地预测材料在加工过程中的热、力和形变情况，优化工艺参数。
计算机在材料科学中的应用例题
计算机在材料科学中的应用圆孔应力集中分析问题:一个承受单向拉伸的无限大板，在其中心位置一个校内圆孔，材料属性为弹性模量E=2×1110Pa，泊松比为0.3，拉伸载荷q=1000Pa，平板厚度t=0.1.根据平板的物理性质，该问题属于平面应力问题。
然后根据平板结构的对称性，只要分析其中的二分之一即可操作步骤1、定义工作文件名和工作标题（1）定义工作文件名：执行Utility Menu>File>Change Jobname 命令，在弹出的对话框中输入“Plate”。
选择【New log and error files】复选框，单击“Ok”按钮。
（2）定义工作标题：执行Utility Menu>File>Change Title 命令，在弹出的对话框中输入“The analysis of plate stress with small circle”,单击“OK”按钮。
（3）重新显示：执行Utility Menu>plot>Replot命令。
（4）关闭三角坐标符号：执行Utility Menu>Preprocessor>Window Controls>window optiongs命令，在弹出的对话框里，【Location of triad】下拉列表中选择“Not shown”选项，单击“Ok”按钮。
2、定义单元类型和材料属性（1）选择单元类型：执行Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，在弹出的对话框里单击“Add”按钮，在弹出的对话框里先后选择“Structure Solid”“Quad 8node 82”选项，单击“Ok”按钮。
（2）设置材料属性：执行Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models命令，在弹出的对话框里双击列表中的“Structura\Linear\Elastic\Isotropic”选项，在弹出的对话框里，在【EX】和【PRXY】的文本框分别输入“2ell”及“0.3”.（3）保存数据：单击ANSYS Toolbar中的“Save_DB”按钮。
计算机模拟在纳米科学中的应用
计算机模拟在纳米科学中的应用随着科技的发展，计算机模拟已经成为纳米科学领域不可或缺的工具之一。
在纳米材料的制备、物性的研究和纳米器件的设计与优化等领域，计算机模拟为实验提供了有力的支持，并为研究者们探索新的科学奥妙提供了无限的可能性。
一、纳米材料的模拟设计计算机模拟在纳米材料制备中有着重要的应用价值。
通过对材料的各种性质进行模拟计算，研究人员可以更好地了解纳米材料的结构与性质的联系，从而在实际应用中有更好的表现。
常用的模拟方法有分子动力学、密度泛函理论、纳米尺度连续介质力学等。
举个例子，通过模拟计算得到的镁铝混合氧化物的不同工艺制备出来的纳米粒子，其空间排列及阵列稳定性、组成比例可能不同。
理论模拟可为实验提供参考并为其优化提供新思路，从而在实验中有效控制材料组成结构。
此外，计算机模拟还能够在设计纳米材料的过程中优化空间排列和化学键，提高材料的热稳定性和耐久性，并可以对不同组成的体系进行对比分析，为纳米材料的制备提供了全新的思路。
二、纳米物性的研究纳米材料的物性研究往往需要进行精细的计算，计算机模拟正是在其中发挥了重要的作用。
通过计算单个原原子或分子之间的相互作用力，研究人员可以深入了解材料的物理性质，如热量传输、力学性能、磁性和光学性质等。
在纳米科学研究中，材料的电子和能带结构是一个至关重要的因素。
理论计算可以研究诸如能带结构、能带宽度、态密度等方面的信息。
通过计算材料能带结构、能隙、晶格常数、粒子形态等信息，能够检查实验数据的精确性，以及对材料性质的特异性进行分析和比较，深入了解材料的结构与性质的内在关系。
三、纳米器件的设计与优化计算机模拟可以大大地提高在纳米器件设计过程中的效率，并在设计中提高细节的把握，以达到更好的效果。
通过在虚拟环境下设计或优化纳米器件，如纳米晶体管或纳米电池，在实验中节省时间和资金。
比如，纳米电机和纳米马达是最近比较活跃的研究领域，其纳米尺度的设计和优化离不开计算机模拟。
计算机在材料科学与工程中的应用完整20130925
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 AUTOFORGE、 SUPERFORGE（体积塑性成形）），结合具体问题，进行改进提高
为X轴数据源，若
要使第二列为X轴
数据源，必须注意
50
100 150 200 250 第一个单元格不能
氧化时间
含非数字字符，否
以增重量为X轴
则所得的图像会不 正确。
250
200
150
100
50
20
40
60
80
100
0
增重量
0 -50
50
100
150
200
250
300
课后练习
1、自己创建一个纯文本文件“Excel基础练习.txt”，在文 件中写入两行数据，内容如下（标点符号均为中文字符）：
材料设计专家系统
设计要求 性能指标
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。
材料数据库 集
智能化 YES
优化结果
成
化
机器
材料知识库
知识获取
学习
推理机
A：图表区；B：标题；C：绘图区； D：坐标轴；E：网格线
计算机模拟在材料科学中的应用
计算机模拟在材料科学中的应用材料科学是研究材料的物性、结构、合成、制备及应用的学科。
随着计算机科学技术的发展，计算机模拟成为了材料科学中的重要工具。
计算机模拟技术通过数值模拟和计算分析，可以帮助科学家深入理解材料的性质、反应以及性能表现。
本文将讨论计算机模拟在材料科学中的应用及其意义。
首先，计算机模拟在材料科学中的应用可以帮助科学家研究材料的结构与性能之间的关系。
通过建立材料的分子结构模型，科学家可以利用计算机对材料进行模拟，例如分子动力学模拟、量子力学计算等。
这些模拟可以预测材料在不同条件下的物理、化学性质，为材料科学家提供了设计新材料的指导。
其次，计算机模拟在材料科学中的应用可以帮助科学家研究材料的制备与加工过程。
材料的制备与加工对其最终的性能与应用有着至关重要的影响。
通过计算机模拟，科学家可以模拟材料的制备过程，优化工艺参数，加快材料的开发速度。
同时，模拟还可以帮助科学家了解材料的微观结构演变过程，揭示制备过程中的隐含规律。
第三，计算机模拟在材料科学中的应用可以提供材料性能的预测与优化。
在材料科学研究中，对于材料的性能预测和优化是非常重要的任务。
利用计算机模拟技术，科学家可以预测材料在不同条件下的性能表现，从而为材料的设计和开发提供指导。
此外，模拟还可以帮助科学家分析材料的局限性和不足之处，进而指导改进材料的方法与方向。
另外，计算机模拟在材料科学中的应用还可以帮助科学家解决材料科学中的一些难题。
例如，在材料结构优化及相变过程中，通过计算机模拟可以帮助科学家找到最稳定的结构、确认相变的机理和条件。
利用这些信息，科学家可以进一步优化材料的性能，提高其稳定性和可靠性。
最后，计算机模拟在材料科学中的应用还可以降低研发成本与提高效率。
传统的材料研发通常需要大量的实验测试和试错过程，而计算机模拟可以在实验之前提供预测和验证，有助于指导实验的设计与操作。
这样可以减少实验测试的资源和时间开销，从而提高材料研发的效率。
计算机在材料科学中的应用简答题
计算机在材料科学中的应用材料科学：以材料的组成、结构、性能、制备工艺和使用性能以及它们之间相互关系为研究对象的一门科学;这也是材料研究者的共同使命;材料科学的四个要素包括：成分、组织、性能、合成/制备; 计算机在材料科学中的应用领域：1.计算机用于新材料的设计2.材料科学研究中的计算机模拟3 材料与工艺过程的优化及自动控制4 计算机用于数据和图像处理 5 计算机网络在材料研究中的应用特定性能的新材料,按生产要求设计最佳的制备和加工方法;主要是利用人工智能、模式识别、计算机模拟、知识库和数据库等技术, 使人们能将物理、化学理论和大批杂乱的实验资料沟通起来, 用归纳和演绎相结合的方式对新材料的研制作出决策, 为材料设计的实施提供行之有效的技术和方法;之一;材料设计中的计算机模拟对象遍及从材料研制到使用的过程,包括合成、结构、性能制备和使用等;计算机模拟是一种根据实际体系在计算机上进行的模拟实验;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, 也可以检验出模型导出的解析理论所作的简化近似是否成功,还可为现实模型和实验室中无法实现的探索模型做详细的预测并提供方法;优点：在某些情况下,计算机模拟可以部分地代替实验;计算机模拟对于理论的发展也有重要的意义;1.简述建立数学模型的基本步骤;常用的数学模型建立有几种方法;答：建立数学模型的基本步骤：⑴建模准备——是确定建模课题的过程,就是要了解问题的实际背景,明确建模的目的;深入生产和科研实际以及社会生活实际,掌握与课题有关的第一手资料,汇集与课题有关的信息和数据,弄清问题的实际背景和建模的目的,进行建模筹划;⑵建模假设——建模假设就是根据建模的目的对原型进行适当的抽象、简化,把那些反映问题本质属性的形态、量及其关系抽象出来,简化掉那些非本质的因素、使之摆脱原来的具体复杂形态,形成对建模有用的信息资源和前提条件;对原型的抽象、简化不是无条件的,必须按照假设的合理性原则：①目的性原则；②真实性原则；③简明性原则；④全面性原则;⑶构造模型——在建模假设的基础上,进一步分析建模假设的内容,首先区分常量、变量、已知量、未知量,然后查明各种量所处的地位、作用和他们之间的关系,选择恰当的数学工具和构造模型的方法对其进行表征,构造出刻画实际问题的模型;⑷模型求解——构造数学模型之后,根据已知条件和数据,分析模型的特征和模型的结构特点,设计或选择求解模型的数学方法和算法,然后编写计算机程序或运用与算法相适应的软件包,并借助计算机完成对模型的求解;⑸模型分析——根据建模的目的要求,对建模求解的数字结果,或进行稳定性分析,或进行系统参数的灵敏度分析,或进行误差分析等;通过分析,如果不符合要求就修改或增减建模假设条件,重新建模,直到符合要求;如果通过分析符合要求,还可以对模型进行评价、优化、预测等方面的分析和探讨;⑹模型检验——模型分析符合要求后,还必须回到客观实际中去对模型进行检验,看是否符合客观实际,若不符合,就修改或增减假设条件,重新建模,循环往复,不断完善,直到获得满意的结果;⑺模型应用——模型应用是数学建模的宗旨,也是对建模的最客观、最公正的检验;一个成功的数学建模,必须根据建模的目的,将其用于分析、研究和解决实际问题,充分发挥数学建模在生产和科研中的特殊作用;常用的数学建模方法：1理论分析法;2模拟方法;3类比分析法;4数据分析法;2、最小二乘法的原理;求系统回归方程的方法;解：最小二乘法又称最小平方法是一种数学优化技术;它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配;利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据,并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小;最小二乘法还可用于曲线拟合;其他一些优化问题也可通过最小化能量或最大化熵用最小二乘法来表达;求一条通过或接近一组数据点的曲线,这一过程叫数据拟合,而表示曲线的数学式称为回归方程;求系统回归方程的一般方法如下：设有一未知系统,以测得该系统有 n个输入-输出数据点为x i ,y i i=1,2,…,n现寻求其函数关系y=fx或Fx,y=0无论x,y为什么函数关系,假设用以多项式y^=b0 +b1 x+b2 x2+…b m x m作为对输出观测量y的估计用y^表示;若能确定其阶数及系数b0 、b1 、b2 …,b m,所得到的就是回归方程——数学建模;各项系数即回归系数;当输入为x i,输出为y i时,多项式拟合曲线相应于的估计值为y i^=b0 +b1 x i+b2 x i2+…b m x i m i=1, 2, …,n现在要使多项式估计与观测值的差的平方和Q=∑y i^-y i2为最小,这就是最小二乘法,令ΔQ/Δb j=0 j=1, 2, …,m得到下列正规方程组ΔQ/Δb1=2∑b0 +b1 x i+b2 x i2+…b m x i m - y i x i =0ΔQ/Δb2= 2∑b0 +b1 x i+b2 x i2+…b m x i m - y i x i2=0┆ΔQ/Δb M= 2∑b0 +b1 x i+b2 x i2+…b m x i m - y i x i m =0一般数据点个数n大于多项式阶数m,m取决于残差的大小,这样,从上式可求出回归系数b0,b1,…b m,从而建立回归方程数据模型;3.请简述差分法的数学思想和解题目步骤;答：差分法的数学思想：将求解域划分为差分网络,用有限网格节点代替连续的求解域;有限差分法通过Taylor技术展开等方法,把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行疏散,从而建立以网格节点上的值为未知数的方程组;有限差分法的主要解题步骤：1建立微分方程;2构建差分格式;3求解差分方程;4精度分析和检验;4有限元分析的基本原理;答：一、是把连续的几何机构离散成有限个单元,并在每一个单元中设定有限个节点；二、根据几何机构离散思想而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体,同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律；三、建立用于求解节点未知量的有限元方程组,再将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题;四、求解得到节点值,再通过设定的插值函数确定单元上以至个集合体上的场函数;然后对每个单元选取适当的插值函数,使得该函数在子域内部、在子域分界面上以及子域与外界面上都满足一定的条件;五、单元组合体在已知外载荷作用下处于平衡状态时,列出一系列以节点、位移为未知量的线性方程组,利用计算机解出节点位移后,再用与模型相关公式,计算出各单元上产生的微小变化,当各单元小到一定程度,那么它就代表连续体各处的真实情况;❖有限单元法的基本思想就是把一个连续体人为的分割成有限个单元,即把一个结构看成由若干通过结点相连的单元组成的整体,先进行单元分析,然后再把这些单元组合起来代表原来的结构;这种先化整为零、再积零为整的方法就叫有限元法;从数学的角度来看,有限元法是将一个偏微分方程化成一个代数方程组,利用计算机求解;由于有限元法是采用矩阵算法,借助计算机这个工具可以快速的算出结果;6..请简述有限元法的数学思想和解题目步骤;答：有限元法的数学思想：把连续的几何结构离散成有限个单元,并在每个单元中设定有限个节点,运用变分原理和加权余量法等数学基础解得节点值,进而得到整个集合体的场函数;有限元法的解题步骤:1建立求解域并将其离散化为有限单元;2假设代表单元解的近似连续函数;3建立单元方程;4构造单元整体刚度矩阵;5施加边界条件,初始条件和荷载;6求解线性或非线性的微分方程组,得到节点求解结果及其他重要信息;1.建模阶段建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型,从而为有限元数值计算提供必要的输入数据;有限元建模的中心任务是结构离散,即划分网格;但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等;2.计算阶段计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算;由于这一步运算量非常大,所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成;3.后处理阶段它的任务是对计算输出的结果进行必要的处理,并按一定方式显示或打印出来,以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估,并作为相应的改进或优化,这是进行结构有限元分析的目的所在;❖首先,有限元模型为计算提供所有原始数据,这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度；❖其次,有限元模型的形式将对计算过程产生很大的影响,合理的模型既能保证计算结构的精度,又不致使计算量太大和对计算机存储容量的要求太高；❖再次,由于结构形状和工况条件的复杂性,要建立一个符合实际的有限元模型并非易事,它要考虑的综合因素很多,对分析人员提出了较高的要求；❖最后,建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当大的比重,约占整个分析时间的70%,因此,把主要精力放在模型的建立上以及提高建模速度是缩短整个分析周期的关键;9.模型中一般包括以下三类数据：❖ 1.节点数据：包括每个节点的编号、坐标值等；❖ 2.单元数据：a.单元编号和组成单元的节点编号；b.单元材料特性,如弹性模量、泊松比、密度等；c.单元物理特征值,如弹簧单元的刚度系数、单元厚度、曲率半径等；d.一维单元的截面特征值,如截面面积、惯性矩等；e.相关几何数据b.载荷条件数据；c.热边界条件数据；d.其他边界数据.1.分析问题定义在进行有限元分析之前,首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进行仔细分析,只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何模型;总的来说,要定义一个有限元分析问题时,应明确以下几点：a.结构类型；b.分析类型；c.分析内容；d.计算精度要求；e.模型规模；f.计算数据的大致规律2.几何模型建立几何模型是从结构实际形状中抽象出来的,并不是完全照搬结构的实际形状,而是需要根据结构的具体特征对结构进行必要的简化、变化和处理,以适应有限元分析的特点;3.单元类型选择划分网格前首先要确定采用哪种类型的单元,包括单元的形状和阶次;单元类型选择应根据结构的类型、形状特征、应力和变形特点、精度要求和硬件条件等因素综合进行考虑;4.单元特性定义有限元单元中的每一个单元除了表现出一定的外部形状外,还应具备一组计算所需的内部特征参数,这些参数用来定义结构材料的性能、描述单元本身的物理特征和其他辅助几何特征等.5.网格划分网格划分是建立有限元模型的中心工作,模型的合理性很大程度上可以通过所划分的网格形式反映出来;目前广泛采用自动或半自动网格划分方法,如在Ansys中采用的SmartSize网格划分方法就是自动划分方法;6.模型检查和处理一般来说,用自动或半自动网格划分方法划分出来的网格模型还不能立即应用于分析;由于结构和网格生成过程的复杂性,划分出来的网格或多或少存在一些问题,如网格形状较差,单元和节点编号顺序不合理等,这些都将影响有限元计算的计算精度和计算时间;7.边界条件定义在对结构进行网格划分后称为离散模型,它还不是有限元模型,只有在网格模型上定义了所需要的各类边界条件后,网格模型才能成为完整的有限元模型;11..Ansys主要功能❖ 1. 结构分析；2. 高度非线性瞬态动力分析ANSYS/LS-DYNA；3. 热分析；4. 电磁分析；5. 流体动力学分析；6. 声学分析；7. 压电分析；8. 多场耦合分析；9. 优化设计及设计灵敏度分析； 10.二次开发功能；11. ANSYS土木工程专用包;.典型分析过程：1. 准备工作： 1清空数据库并开始一个新分析2指定新的工作文件名Jobname3指定新标题Title 4指定新的工作目录Working Directory;2.前置处理——创建有限元模型：1单元属性定义单元类型、实常数、材料属性；2创建或读入几何实体模型；3划分单元获得网络模型节点及单元：4模型检查,存储模型;3.计算求解——施加载荷进行求解：1选择分析类型并设置分析选型；2定义载荷及载荷步选项；3求解 solve;长、气象沉积、复合材料的失效破坏等;蒙特卡洛法的基本步骤：1构建概率模型;2随机抽样;3估计统计量;14.请回答Ansys软件主要包括三个部分的名称和各部分的功能;答：Ansys软件主要包括三个部分：前处理模块,求解模块和后处理模块;前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便的构造有限元模型；求解模块可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析和优化分析能力；后处理模块可将计算结果以图形,图表,曲线形式显示或输出;15.简述数据库的构成和主要特征;答：数据库系统至少包含以下三部分：1.数据库：结构化的相关数据的集合,有数据间的关联性;2.物理存储器：存储数据的介质,如光盘、磁盘、磁带等;3.数据库软件：负责对数据库管理和维护的软件,其核心是DBMS;16.数据库系统管理数据具有下列特征：1.数据共享：多用户同时使用全部或部分数据;2.数据独立性：每个用户所使用的数据有其自身的逻辑机构;3.减少数据冗余：数据集中管理,统一组织、定义和存储;4.数据的结构化：数据的相互关联和记录类型的相互关联;5.统一的数据保护功能：并发控制的问题,加强了对数据的保护;17.用PC-PDF检索系统分析PVD涂层的XRD谱线1 PC-PDF检索系统2使用方法分析过程PVD涂层：高速钢TiN多弧离子镀PVD涂层;沉积工艺为：预抽真空20min,预轰击清洗15min,离子镀沉积30min后冷却出炉;涂层厚度约2～3μm,可以初步判断XRD图谱为基体的衍射峰和涂层的衍射峰的叠加;1根据相图,确定稳定相,估计非平衡相：根据Fe-Ti相图,稳定化合物只有TiFe和TiFe2两种,分析得出优先形成TiFe;根据Ti-N相图,在PVD 的温度下可能形成的稳定相有α-Ti、Ti2N及TiN,除此外,还可能出现非平衡相;2检索：采用布尔Boolean检索法对仅形成Ti-N和Fe-Ti化合物进行检索,检索出12张PDF卡片;选择编号就可得到相应的PDF卡片在每个记录中存入的主要内容有：序号、PDF卡片号、物相名、该物相所含的元素名、晶体结构参数、衍射靶参数、晶面间距值、相对强度值、晶面指数等;;结合该PVD工艺条件和PDF卡片对试样的X衍射图谱进行对照分析,得出该涂层表面主要有TiN、Ti2N 、、FeTi相;3分析：X射线衍射物相定性计算机分析系统;有了PDF卡片检索数据库,结合相分析软件可在获得 X射线衍射谱后,利用数据库来对照分析,迅速准确对物相进行分析;Philips 公司为此开发出了 PC-IDENTIFY X衍射图谱计算机分析系统,该分析系统将各衍射降的值与各个可能存在物相的 d 值逐个进行比较,最终输出分析结果;该分桥系统为 X衍射仪的一部分,能迅速对物相进行分析;18.举例说明材料数据库应用的实例;答：材料数据库应用的实例1计算机选材系统;选材系统可以查询材料基本信息、加工应用和商业信息;2合金相图数据库系统;合金相图数据库系统可以方便查询到合金系中合金状态、温度和成分之间的关系;3数据库用于材料热处理工艺设计;在热处理工艺数据库的基础上,开发了CAPP,使工艺设计中的工艺参数选择、保温时间的计算、零件图形的绘制等工作均由计算机来自动完成;4数据库在材料物相分析中的应用;该数据库可以方便的检索物相、计算物相质量分数等;19.完整的专家系统由六个组成部分的功能：1知识库：用于存放领域专家提供的专门知识,它有知识的数量和质量之分,要选择合适的知识表达方式和数据结构、把专家的知识形式化并存入知识库中;2工作数据库：包含问题的有关初始数据和求解过程的中间信息组成;3推理机：它要解决如何选择和使用知识库中的知识,并运用适当的控制策略进行推理来实现问题的求解;4知识获取机制：实现专家系统的自我学习,在系统使用过程中能自动获取知识,不断完善扩大现有系统功能;5解释机制：专家系统在通用户的交互过程中,回答用户提出的各种问题,包括与系统运行有关的求解过程和与运行无关的关于系统自身的一些问题;6人机接口：实现系统与用户之间的双向信息转换,即系统将用户的输入信息翻译成系统可以接受的内部形式,或把系统向用户输出的信息转换成人类所熟悉的信息表达方式;20.将专家系统分为下列几类：1解释专家系统：通过对已知信息和数据的分析与解释,确定它们的含义,如图像分析、化学结构分析和信号解释等;2预测专家系统：通过对过去和现在已知状况的分析,推断未来可能发生的情况,如天气预报、人口预测、经济预测、军事预测;3诊断专家系统：根据观察到的情况来推断某个对象机能失常即故障的原因,如医疗诊断、软件故障诊断、材料失效诊断等;4设计专家系统：工具设计要求,秋初满足设计问题约束的目标配置,如电路设计、土木建筑工程设计、计算机结构设计、机械产品设计和生产工艺设计等;5规划专家系统：找出能够达到给定目标的动作序列或步骤,如机器人规划、交通运输调度、工程项目论证、通信与军事指挥以及农作物施肥方案等;6监视专家系统：对系统、对象或过程的行为进行进行不断观察,并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较,以便发现异常情况,发出警报,如核电站的安全监视等;7控制专家系统：自适应地管理一个受控对象的全面行为,使之满足预期的要求,如空中交通管制、商业管理、作战管理、自主机器人控制、生产过程控制等;21.实现"材料设计"的主要原因基本条件有以下三点：1基础理论物理和化学,特别是固体理论、量子化学和化学键理论的完善和发展；2计算机信息处理技术特别是人工智能、模式识别、计算机模拟、知识库和数据库等的建立和发展；3先进的材料生产和制备技术的发展：采用如急冷Splat Cooling、分子束外延MBD、有机金属化合物气相沉积、离子注入、微重力制备等;1、人工神经网络的特点和优越性表现在哪几个方面1具有自学习功能;2具有联想存储功能;3具有高速寻找优化解的能力;2、数据库数据主要特征包括1数据共享2数据独立性3减少数据冗余4数据的结构化5统一的数据保护功能;4、简述专家系统的工作过程：专家系统的工作过程大致描述为：系统根据用户提出的目标以综合数据库为出发点,在控制策略的指导下,由推理机运用知识库中的有关知识,通过不断的探索推理以实现求解的目标,因此,知识库与推理机是专家系统的核心部分,专家系统的工作过程是以知识为基础、对目标问题进行求解的过程是一个搜索过程;6、什么是人工神经网络,并画出经典人工神经网络连接形式人工神经网络是一种信息处理技术,力图模拟人类处理问题方式去理解＆利用信息;人工神经网络既可以解决定性问题,又可以解决用于直接解决定量问题,具有较好的可靠性;擅长处理复杂的多元非线性问题；具有自学能力,能从已有的实验数据中自动总结规律;7、人工神经网络的结构形式有那些,并画出结构示意图1前馈式网络2输入输出有反馈的前馈网络3前馈内层互联网络4反馈型全互联网络5反馈型局部连接网络8、人工神经网络有那些类型1解释专家系统2预测专家系统3诊断专家系统4设计专家系统5规划专家系统6监视专家系统7控制专家系统9、什么是数据库管理系统数据库管理系统简称DBMS是一组通用的程序,对数据库中数据的各种操作提供一种共用的方法,接受并完成用户提出的访问数据库的各种请求,负责数据库的建立、操纵、管理＆维护;其任务就是在保证数据安全、可靠的同时,提高数据应用时的简明性＆方便性;数据库又可分为层次型、网络型和关系型三种;10在计算机控制系统中,什么是可靠性衡量可靠性的指标是什么可靠性:是指计算机控制系统能够无故障运行的能力,具体衡量可靠性的指标是“平均故障时间”;发生故障的间隔时间越长,则系统的可靠性就越高;11、在计算机工业控制系统中,硬件系统的五大组成部分是什么微型计算机、外部设备、外围设备、工业自动化仪表和被控工业对象12、在计算机控制系统中,什么是可维护性可维护性：是指日常进行维护时的方便程度,并在发生故障时能尽量缩短故障时间;13、什么是传感器传感器是信息获取过程中的一个环节,是将被测对象的物理参数转换成相应的易于检测、传送或控制的模拟信号的器件,由敏感元件和部分测量电路组成;14、举出至少五个可以通过教育网进行检索的全文数据库;.中国知识资源总库；2万方数据库；3维普资讯中文期刊库；4超星电子图书；5ACS期刊美国化学学会；6ScienceDirect；7Springer-Link全文期刊；7EBSCO欧美期刊全文;22.人工神经网络与材料工艺优化：材料在加工处理过程中,对最终性能的影响因素较多,关系较复杂,难以建立明确的数学模型；采用人工神经网络优化加工工艺能取得良好的效果;例：用人工神经网络方法优化7175铝合金工艺：将变形量、固溶时间和时效时间作为网络输入、合金抗拉强度和屈服强度作为输出,建立3× 6 × 2的三层BP网络,用遗传算法对训练好的网络进行优化,得到了7175铝合金在170℃时效处理的最优工艺为：冷变形％+480℃/133min固溶+170℃/10h时效;23.简述多尺度材料设计的层次与相应的计算模拟方法;答：多尺度材料设计的层次从广义来说,可按研究对象的空间尺度不同而划分为三个层次：1微观设计层次,空间尺度在约1nm量级,是原子、电子层次的设计；2连续模型层次,典型尺度在约1um量级,这时材料被看成连续介质；3工程设计层次,尺度对应于宏观材料,涉及大块材料的加工和使用性能的设计研究;所涉及的计算模拟方法分别为：量子化学第一性原子计算,分子动力学模拟,蒙特卡洛模拟,相图计算技术,相场模拟,有限元分析和概率断裂力学方法;24.分析电子显微方法：1.电子能量损失谱法EELS：这种方法是分析电子显微方法中重要的技术之一,对轻元素的分析特别有效,还可以对材料的微区组成进行定量分析;射线能谱法EDS：它也是分析电子显微方法中的成熟的基本技术,利用电子扫描观察装置,使电子束在待测试样上作二维扫描,测量其特征X射线的强度,从而得到特征X射线强度的二维分布图像,这种观察称为元素的面分布分析方法,所以对测量元素的二维分布极为有效;3.高角度散色暗场法STEM,即Z衬度法：这是扫描透射电子显微方法应用之一;上述的各种分析设备几乎都是在计算机采集和数据处理系统的控制下进行工作,而计算机控制系统都配备了不同的设备控制、数据处理分析软件,且功能强大,对检测结果的分析精度和详尽程度是人工无法比拟的;25.计算机材料缺陷评定系统软件构成：1图像采集及存储模块：用于实现参数定义、采集及存储图像;用此模块,计算机控制投影仪、显微镜、摄像机、采集和实时显示欲分析的材料图像,并以文件形式存储该图像备案;2图像预处理模块：主要用于图像增强;此模块主要包括：图像数字化、消噪处理、图像增强、锐化处理、二值化等计算机图像技术处理,以改善缺陷的图像质量;3特征提取模块：用于针对缺陷的特征,提取被采集部位的图像的缺陷信息,采用合适的识别准则判定缺陷的类型、位置等,列出缺陷的主要特征参数表格;4分析模块：主要用于列出各种缺陷分布情况结果,负责数据存储并评定级别;26. 万能材料试验机的计算机辅助测试系统CAT1系统工作原理及主要装置检测控制采用特殊的PWM数控电液比例微小流量阀：即可实现缓慢或微小的位移控制,又能实现一定速度的试验过程控制；既能作应力控制,也能作应变控制,还能作二者复合控制,且其控制范围相当宽;由计算机、 PWM流量阀和直接驱动流量阀的多功能板卡构成材料试验机的PWM数字伺服系统,使材料试验机的控制精度、控制稳定性、控制范围和软件设汁的难易程度都有较大的改善;。
材料工程中的计算机应用技术
计算机
图象处理的计算机硬件系统
USB硬盘 刻录机 打印机
一、主机 二、图象输入设备
1. 数码相机 2. 扫描仪 3. 数字专用设备（例：数字式显微镜）
三、图像输出及存储设备
常用的存储设备： 1. 大容量磁盘（驱动器） 2. 刻录光盘（驱动器） 3. 活动硬盘 4. 闪存类存储器
位图图像和矢量图形的基本概念
际上是由“反相”、“色调分离”、“亮度／ 对比度”等多个命令组成的。因此，该命令功 能十分强大，可以进行较有弹性的调整。
“曲线”命令：
首先打开一幅图片；
执行“图像\调整\曲线” 命 令 或 按 下 “ Ctrl ＋ M” 组合键打开“曲线”对 话框。
PhotoShop包含了丰富的图片处理功能，
还可以对图片进行旋转、翻转、裁减、缩放
用鼠标调整
十一、创建图表
步骤 ：
选择要制成图表的数据 单击常用工具栏中的ChartWizard按钮 这时会弹出一个“ChartWizard”对话框 按照“图表向导”中的指导进行操作
第六部分 材料工程中的计算机图象处理
图象处理的计算机硬件系统
数码相机
扫描仪 网络资源
各种数字式 专用设备
输入
输出及存储
颜色模式
RGB模式
灰度模式 位图模式
注意4点：
1. 灰度模式的图像可以直接转换成黑白图像
和RGB的彩色图像，同样黑白图像和彩色图
像也可以直接转换成灰度图像；
2. 当要将一幅彩色图像转换成黑白图像时，必
须先将该图像转换成灰度模式的图像，然后 再将它转换成只有黑白两色的图像，即位图
模式的图像；
3. 当一幅灰度图像转换成黑白图像后，若再转
4．删除工作表
材料科学与工程中的计算机应用复习题答案
计算机在材料科学与工程中应用复习题一、计算机应用基础部分1.传统设计和现代设计有哪些区别？现代设计方法的特点是什么？传统设计也是目前遵循的设计模式，基本上是凭借直接或间接的经验，通过类比分析来确定设计方案。
设计方案很大程度上取决于设计者个人的经验，难以获得最佳结果；准确性和精确性低。
现代设计是设计的一般原理加上计算机技术和各种现代科学方法的有机结合。
它既传承了传统方法中有益的东西，又注入了现代科学的精髓。
现代设计方法具有以下特点：1、科学的获得必要的设计参数：普遍采用技术预测和信号分析法。
2、从整体上认识和分析设计对象：引进系统工程的分析方法进行设计方案的设计和优化。
3、大大提高设计的精确度和可靠性：4、实现了富有创造性的高效率和自动化的设计。
2.计算机应用系统的硬件配置有哪几种类型？各有什么特点？应用于什么场合？计算机应用系统的硬件配置有：主机系统、小型机成套系统、工作站系统、微机系统。
主机系统：i 大型直联式：所有终端直接与主机连接，通常连接几十个终端。
优点：计算机本身通用性强，终端侧的设备较简单。
缺点：多用户分享主机，终端响应不稳定，性价比不高。
ii 功能分散型：在终端和通用主机间设置一级小型机或微机。
保留较大通用性和很强运算能力的优点，又能充分发挥终端侧小型机的基本处理能力。
系统处理速度和工作效率更高。
应用：大型工厂或企业。
小型机成套系统：对任务针对性强，系统的软硬件配套齐全，又称“转匙”系统。
与主机系统相比，分析计算能力弱，系统扩展能力差、移植性不好。
应用：缺工作站系统：每个用户单机独占资源，处理速度快，工作效率高，而且价格适中，不必一次性集中投资，具有良好的可扩充性。
应用：大、中、小企业均可使用。
微机系统：价格低廉，对运行环境要求较低，维修、服务方便，学习和使用容易，完全开放性的设计。
应用：中、小企业。
3.计算机应用系统由哪些软件组成？它们各自的作用是什么？系统软件分为：系统软件、支撑软件、应用软件。
计算机模拟技术在材料科学中的应用
计算机模拟技术在材料科学中的应用计算机模拟技术是近年来发展迅速的一种科技手段，它可以模拟真实世界中的物理现象，预测物质在不同条件下的行为和性质变化，对于材料科学的发展也提供了无限的可能。
在本文中，我们将探讨计算机模拟技术在材料科学中的应用，以及它在此领域中所带来的革命性变革。
一、计算机模拟技术的概述计算机模拟技术是利用计算机对某一物理现象进行模拟，以预测其行为和性质的变化，通常基于数值计算方法或者统计学方法进行。
计算机模拟技术在理论物理领域中得到了广泛的应用，如量子力学、相对论、宇宙学等，但是它在材料科学领域中的应用也引起了广泛的关注。
二、计算机模拟技术在材料科学中的应用1. 材料结构的设计和优化在材料科学中，计算机模拟技术被广泛应用于材料的结构设计和优化。
以氢气储存材料为例，这种材料可以在一定温度和压力下将氢气吸附储存起来，但它的储氢容量和温度等因素密切相关。
通过计算机模拟技术可以模拟不同结构的材料在不同环境下的行为，从而优化材料的结构，提高其储氢容量和储存稳定性。
2. 材料性能的预测和分析计算机模拟技术可以模拟材料在不同温度、压力和力学载荷下的行为，从而预测材料的力学性能、热学性能、电学性能、光学性能和化学性能等，这对材料性能的理解和发展具有重要意义。
例如，在新材料开发和合成的初期，计算机模拟技术可以预测材料的力学性能、热学性能和化学活性等指标，从而优化合成过程并提高材料性能。
3. 材料界面和纳米结构研究在材料科学领域中，界面和纳米结构对材料的性能和应用具有重要影响。
计算机模拟技术可以模拟材料界面和纳米结构的结构和行为，从而进一步理解材料的行为和性能变化。
例如，在太阳能电池研究中，计算机模拟技术可以模拟材料表面和晶界，以研究材料的光吸收、光导电和光电能转换等。
三、计算机模拟技术所带来的革命性变革计算机模拟技术在材料科学领域中的应用，对于材料的开发和应用具有深远的影响。
首先，计算机模拟技术可以降低材料开发的成本和时间，通过模拟和预测，可以缩短实验周期并优化合成过程。
计算机模拟在材料科学研究中的应用
计算机模拟在材料科学研究中的应用材料科学作为一门应用科学，是研究材料的性质、结构、制备和运用的学科。
近年来，随着计算机技术的不断发展，人们越来越意识到模拟方法在材料科学研究中的巨大潜力和重要作用。
本文将从材料模拟的基础和应用角度探讨计算机模拟在材料科学研究中的应用。
一、材料模拟基础1.材料晶体结构的建立材料晶体结构的分子结构和原子结构对其性质有很大影响。
对于复杂的材料内部结构，通过实验手段很难完全还原，材料模拟方法成为了解决该问题的有力工具。
利用分子动力学模拟可以建立材料分子或原子的三维模型，并对其进行运动模拟，以探究其内在的物理、动力学行为和特性。
通过模拟，还可以预测材料的稳定性和半衰期，甚至优化材料的性能。
2.材料力学性质的预测材料在应用时会承受不同程度的力学应力，因此材料力学性质是材料应用及研究中的关键问题。
对于不同材料之间的力学性能，采用不同的材料模型和测试方法，如采用主成分分析法（PCA）对塑料材料的断裂强度进行分析和预测，通过建立含杂质的合金材料的原位引入力学应力进行模拟，以研究其裂缝扩展的规律等。
3.材料电子结构的计算电子结构是材料性质的基础，如化学键的稳定性、导电性等。
随着计算机技术的发展，可以采用第一性原理计算方法，通过量子化学理论研究材料的电子性质。
同时，更高级别的模型包括密度泛函理论（DFT）等可以预测准确的分子/原子电子状态和电子密度，以及电子在材料中的运动规律。
因此，通过计算机模拟方法可以探究材料内部的电子结构和电磁特性。
二、1.材料设计与发现材料设计与发现是材料科学研究的重要方向。
在材料发现过程中，需要在实验中完成实验条件的变换，因此时间成本较高。
但是，高通量计算机模拟技术（HTC）可以在计算机上建立高通量材料库，研究材料的物理、化学性质等，以便更快、更便捷、更准确地获取想要的材料数据，以便进一步分析和优化材料性能。
例如，通过高通量计算预测材料中的电子能带结构、热力学性质和几何结构等。
计算机在材料科学与工程中的应用题集
计算机在材料科学与工程中的应用题集一、选择题1. 在材料科学中，正交实验设计主要用于：A. 预测材料性能B. 单一变量研究C. 复杂系统建模D. 多因素交互作用分析答案: D. 多因素交互作用分析2. 正交表在正交实验设计中的主要作用是：A. 确定实验次数B. 预测实验结果C. 安排实验因素水平D. 评估实验误差答案: C. 安排实验因素水平3. 下列哪项不是正交实验设计的优点？A. 减少实验次数B. 提高实验效率C. 精确控制单一变量D. 便于分析多因素交互效应答案: C. 精确控制单一变量（正交实验设计主要关注多因素交互，而非单一变量）4. 在使用正交实验设计软件时，首先需要：A. 设定实验结果预期B. 确定实验因素及水平C. 分析历史数据D. 选择合适的正交表答案: B. 确定实验因素及水平5. 正交实验设计中的“水平”指的是：A. 实验的重复次数B. 实验因素的不同取值C. 实验结果的精确度D. 实验设备的型号答案: B. 实验因素的不同取值6. 下列哪项是分析正交实验结果时常用的方法？A. 方差分析B. 回归分析C. 因子分析D. 以上都是答案: D. 以上都是7. 正交实验设计能够有效减少实验次数，主要是因为：A. 减少了实验误差B. 简化了实验流程C. 利用正交表合理安排实验D. 提高了实验结果的可靠性答案: C. 利用正交表合理安排实验8. 正交实验设计中，如果某个因素有3个水平，另一个因素有2个水平，那么至少需要进行的实验次数是：A. 2B. 3C. 5D. 6答案: D. 6（正交表的选择会基于各因素的最大水平数，通常需要选择能容纳所有因素及其水平的最小正交表）9. 在分析正交实验结果时，如果某个因素的极差（Range）最大，说明：A. 该因素对实验结果影响最小B. 该因素对实验结果影响最大C. 该因素与其他因素无交互作用D. 实验结果完全由该因素决定答案: B. 该因素对实验结果影响最大10. 正交实验设计的结果分析不包括以下哪项内容？A. 计算各因素的极差B. 绘制因素与指标的关系图C. 预测未来实验结果D. 分析多因素间的交互作用答案: C. 预测未来实验结果（正交实验设计主要用于分析现有实验数据，而非预测未来结果）11. 在选择正交表时，以下哪个因素不是主要考虑的？A. 实验因素的数量B. 各因素的水平数C. 实验结果的精确度要求D. 实验人员的个人喜好答案: D. 实验人员的个人喜好（正交表的选择应基于实验设计的科学性和统计要求）12. 正交实验设计在材料改性研究中，常用于：A. 确定最佳改性条件B. 评估改性材料的市场价值C. 预测改性材料的寿命D. 分析改性材料的微观结构答案: A. 确定最佳改性条件13. 当正交实验设计的结果显示两个因素之间存在显著的交互作用时，应进一步：A. 忽略该交互作用B. 仅分析其中一个因素C. 进行交互作用图的绘制与分析D. 增加实验次数以确认结果答案: C. 进行交互作用图的绘制与分析14. 在材料科学研究中，采用正交实验设计后，通常需要进一步进行：A. 重复实验验证B. 单一变量补充实验C. 数据拟合分析D. 以上都是答案: D. 以上都是15. 在材料力学分析中，用于模拟复杂应力状态下材料行为的常用数值方法是？A. 有限元法B. 有限差分法C. 蒙特卡洛模拟D. 分子动力学模拟答案: A. 有限元法16. 哪种软件常用于材料科学中的三维结构模拟与优化？A. MATLABB. SolidWorksC. COMSOL MultiphysicsD. Autodesk Inventor答案: C. COMSOL Multiphysics17. 在进行材料断裂力学分析时，主要关注的是哪个参数？A. 弹性模量B. 应力强度因子C. 泊松比D. 屈服强度答案: B. 应力强度因子18. 下列哪项技术可用于预测材料在极端条件下的性能变化？A. 密度泛函理论B. X射线衍射分析C. 分子动力学模拟D. 扫描电子显微镜答案: C. 分子动力学模拟19. 在材料结构分析中，哪种方法能够直接观察材料的内部微观结构？A. 有限元分析B. 透射电子显微镜C. 数值模拟D. 红外光谱分析答案: B. 透射电子显微镜20. 材料科学中，用于模拟材料在加载条件下应力分布的软件通常是？A. AutoCADB. ANSYSC. OriginD. SPSS答案: B. ANSYS21. 哪种分析技术可以评估复合材料中各组分间的界面结合强度？A. 纳米压痕测试B. 扫描隧道显微镜C. 微观力学模型D. 拉曼光谱分析答案: C. 微观力学模型22. 在材料疲劳分析中，为了评估材料的寿命，常用的方法是？A. 应力-应变曲线分析B. 疲劳裂纹扩展速率测试C. 硬度测试D. 热重分析答案: B. 疲劳裂纹扩展速率测试23. 下列哪个软件常用于材料的相图计算和热力学模拟？A. MATLABB. Thermo-CalcC. SolidWorksD. Gaussian答案: B. Thermo-Calc24. 在进行材料的热应力分析时，主要考虑的是材料的哪项性质？A. 导热系数B. 弹性模量C. 密度D. 熔点答案: A. 导热系数25. 材料科学中，模拟材料在腐蚀环境下的行为常用哪种方法？A. 蒙特卡洛模拟B. 有限元腐蚀模拟C. 电化学测试D. 密度泛函理论答案: B. 有限元腐蚀模拟（注意：虽然实际中“有限元腐蚀模拟”不是标准术语，但这里为了题目设计而使用，意在表达使用有限元方法进行腐蚀行为的模拟）26. 在材料科学研究中，为了分析材料的微观缺陷，常用的技术是？A. 超声波检测B. 透射电子显微镜C. 红外热成像D. 激光粒度分析答案: B. 透射电子显微镜27. 在进行材料的力学性能测试时，用于评估材料韧性的主要指标是？A. 硬度B. 弹性模量C. 冲击韧性D. 屈服强度答案: C. 冲击韧性28. 在模拟材料的高温蠕变行为时，关键考虑的是材料的哪个性质？A. 弹性模量B. 蠕变极限C. 断裂韧性D. 熔点答案: B. 蠕变极限29. 下列哪种技术用于分析材料在加载过程中的变形和应力分布？A. 扫描电子显微镜B. 数字图像相关法（DIC）C. 红外光谱D. 能量色散X射线光谱（EDS）答案: B. 数字图像相关法（DIC）30. 在材料科学中，为了模拟材料的热传导过程，常用的软件是？A. ANSYSB. GaussianC. MATLABD. AutoCAD答案: A. ANSYS31. 第一性原理计算中，用于描述材料电子结构的理论框架主要是？A. 密度泛函理论B. 经典力学C. 统计力学D. 量子力学答案: D32. 在第一性原理计算中，哪个参数对于描述固体的能带结构至关重要？A. 晶胞大小B. 原子间距C. 离子电荷D. 布里渊区答案: D33. 下列哪个软件常用于第一性原理计算的密度泛函理论模拟？A. MATLABB. AutoCADC. GaussianD. VASP答案: D34. 第一性原理计算中，用于近似处理多电子体系中电子间相互作用的常见方法是？A. 玻尔模型B. 哈特里-福克方法C. 密度矩阵方法D. 局域密度近似（LDA）或广义梯度近似（GGA）答案: D35. 哪种类型的计算在第一性原理模拟中通常用于研究材料的表面和界面性质？A. 分子动力学模拟B. 蒙特卡洛模拟C. 量子蒙特卡洛模拟D. 平板模型计算答案: D36. 在第一性原理计算中，为了获得更准确的电子结构信息，经常需要优化哪个参数？A. 原子质量B. 离子半径C. 晶格常数D. 截断能答案: D37. 下列哪个物理量在第一性原理计算中通常用于描述材料的磁性？A. 电导率B. 介电常数C. 热导率D. 磁矩答案: D38. 在进行第一性原理计算时，哪个步骤通常涉及求解Kohn-Sham方程？A. 初始化参数B. 能量最小化C. 自治场迭代D. 能带结构分析（尽管不直接求解K-S方程，但C项更接近实际求解过程）答案: C（注意：D项不直接相关，但C项是求解K-S方程的核心步骤）39. 第一性原理计算中，用于描述材料光学性质的物理量通常是什么？A. 折射率B. 电阻率C. 介电函数D. 复介电常数答案: D40. 下列哪个算法在第一性原理计算中常用于处理材料的声子谱？A. 密度泛函微扰理论（DFPT）B. 分子动力学C. 蒙特卡洛方法D. 超胞法结合有限位移法答案: A（但D项也是实际操作中可能用到的方法之一，但A项更直接相关）（注意：第40题的D选项虽然在实际中可能用于计算声子谱，但A 选项的DFPT是第一性原理计算中更直接用于声子谱计算的方法。
计算机模拟在材料科学中的应用
计算机模拟在材料科学中的应用随着计算机技术的不断发展与普及，计算机模拟已成为材料科学领域中不可或缺的一部分。
计算机模拟技术使得材料学家能够深入研究材料性质、结构和行为，为材料设计、开发和改进提供新的思路与工具。
在本文中，将从材料模拟的原理与方法、模拟在材料研究中的应用以及未来的发展方向来谈一谈计算机模拟在材料科学中的应用。
一、材料模拟的原理与方法计算机模拟是指运用数学和计算机科学的原理、方法和工具来模拟自然界的现象和过程。
材料模拟是以分子和原子为单位的计算机模拟，它采用分子动力学、量子化学、有限元分析等方法，研究材料的原子结构、物理化学性质、热力学、动力学、传输性质等方面的内容。
材料模拟的基本步骤是：建立模型、确定计算体系、确定计算方法、计算分析等。
材料模拟的方法主要分为以下几种：1. 分子动力学模拟(Molecular Dynamics，MD)分子动力学模拟是一种以原子核和电子为基本单位，运用牛顿、哈密顿的力学及相应的数值方法求解模型中原子的运动轨迹、势能变化、温度、压力、物理化学性质等的方法。
该方法可以模拟单体、生物分子和大分子等系统。
该方法主要应用于研究物理化学性质和材料内部结构的变化规律等。
2. 分子静力学模拟(Molecular Statics，MS)分子静力学模拟是一种静态模拟方法，其模拟对象为分子或物质的晶体结构。
该方法主要研究分子在晶格中的构型、晶格常数、应变等静态性质。
3. 量子化学计算(Quantum Chemistry，QC)量子化学计算是一种基于量子力学理论的计算方法，其计算分子的能量、分子中原子的几何结构、化学键形成等性质。
该方法主要应用于催化机理、反应动力学、电子结构等方面的研究。
4. 有限元法(Finite Element Method，FEM)有限元法是一种基于数学和物理学的计算方法，它将材料结构离散为有限数量的元件，利用基本物理方程建立与解析问题的有限元方程，从而研究材料的力学性质、热力学性质和其他物理性质。
计算机在材料科学中的应用
计算机在材料领域中的应用
材料科学是一门实验科学，实验是制备新材料和测定其结构和性能的直接手段。
而由于计算机技术、计算理论的迅速发展，许多更加复杂、大型的计算成为可能，使得在材料研究领域．采用计算方法来研究材料的结构和性能，并指导实验研究成为一种新的研究方向。
材料科学专业主要是培养新材料开发研究人才，而计算机是现代材料科学研究中必不可少的工具用计算方法来研究材料，对材料的性能进行预测和指导，就是根据相关理论，采用合适的计算模型和计算方法，确立材料的理论模型，有目的地指导制备所需性能的材料。
一．计算机在材料科学中的应用领域
1.计算机用于新材料的设计
材料设计是指通过理论与计算预报新材料的组分、结构与性能，或者通过理论与设计来“订做”具有特定性能的新材料，按生产要求设计最佳的制备和加工方法。
材料设计按照设计对象和所涉及的空问尺寸可分为电子层次、原子／分子层次的微观结构设计和显微结构层次材料的结构设计。
材料设计主要是利用人工智能、模式识别、计算机模拟、知识库和数据库等技术，将物理、化学理论和大批杂乱的实验资料沟通起来，用归纳和演绎相结合的方式对新材料的研制作出决策，为材料设计的实施提供行之有效的技术和方法。
2.材料科学研究中的计算机模拟
利用计算机对真实系统模拟实验、提供模拟结果，指导新材料研究，是材料设计的有效方法之一。
材料设计中的计算机模拟对象遍及。
计算机在材料科学中的应用---简答题 2
六、正交试验综合分析问答与填空题1.正交试验法的概念是兼顾（全面实验法和简单比较法）的优点，利用依据数学原理制作好的一种规格化的正交表来（设计实验及分析实验结果）的方法。
2. 正交试验的特点是（均匀分散，齐整可比）3. 正交试验的优点包括：（1）实验点代表性强，实验次数少；(2) 不需做重复实验，就可以估计实验误差；(3) 可以分清因素的主次；(4) 可以使用数理统计的方法处理实验结果。
4 为了确定某种高分子材料的最优聚合条件，技术人员选定3个具有2水平的因子，如表3-1所示。
依据表1技术人员决定采用表2进行正交试验设计，试验测得的性能指标如表3-2所示。
表3-1 各因子（无交互作用）与水平因子水平催化剂用量/mlA聚合温度/℃B聚合时间/hC1 4 30 2.02 2 50 3.0表3-2 试验结果与分析列号试验号1A2B3C转化率指标%1 2 3 4 11221212122190899584水平平均值k1j 89.5 (92.5) 87 因子对指标的影响主次顺序(B>C>A )水平平均值k2j( 89.5) 86.5 (92) 最优工艺条件( A2B1C2 )极差⊿R( 0) ( 6)( 5)a. 实验指标为（转化率）。
b. 技术人员采用的正交表符号是( L4（23）)，试验号为2的试验方案为（催化剂为4ml，聚合温度为50 ℃，聚合时间为2h ）。
c. 请按要求填写表2的“（）空格”部分。
d. 各因素的水平选取原则为：对主要因素，选择（使指标最好）所对应的水平；对次要因素，以（节约方便）原则选取水平；通常需要进一步做（验证）实验，来确定最终的最优生产条件。
e. 若考虑A 、B 和C 三个因子两两存在交互作用，目前有正交表L 9（34）、L 27（313）、L 18（37）、L 8（27）、L 12（211）可供选择，则可供使用的正交表有（ L 27（313） ）。
七、材料制备加工过程的计算机自动检测和过程控制是紧密结合在一起的，对于促进材料制备加工过程自动化具有重大意义。
计算机模拟技术在材料科学中的应用
α文章编号:100127445(2001)0420291204计算机模拟技术在材料科学中的应用高英俊,刘 慧,钟夏平(广西大学理学院,广西南宁530004)摘要:针对计算机模拟技术在材料科学中所起的重要作用,综合介绍了它的研究范畴和技术类型,列举了计算机模拟技术在研究材料的合成和制备、组成和结构、性能测试和分析中的若干应用实例,展示了计算机模拟在材料科学中的应用前景.关键词:计算机;模拟技术;材料科学中图分类号:T P 15 文献标识码:A现代高新技术的发展,对材料的性能要求越来越高,由此对材料科学本身也提出了更高的要求.对材料微观结构与宏观性能关系了解的日益深入,人们将可以从理论上预言具有特定结构与功能的材料体系,设计出符合要求的新型材料,并通过先进工艺和技术制造出来.在计算机技术迅速发展的今天,计算机模拟已经成为解决材料科学中实际问题的重要组成部分.本文则是针对近些年计算机模拟技术在材料科学中重要作用,介绍了它的研究范畴和技术类型,及其在研究材料的合成和制备、性能测试和分析中的应用.1 计算机模拟技术的优势采用各种新颖算法的模拟技术,并结合运算功能强大的计算机,人们能够做到前所未有的细致和精确程度对物质内部状况进行研究.这导致计算机模拟在材料科学中的应用越来越广泛,并由此产生了一门新的材料研究分支——计算材料科学[1](Com p u tati onal M aterials Science ).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,了解材料的内部微观性质及其宏观力学行为,并且在没有实际备制出这些新材料前就能预测它们的性能,为设计出优异性能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”更有其独特性甚至有不可替代的作用.2 材料模拟方法与模拟层次材料研究可针对三类不同的尺度范围[2].1)原子结构层次,主要是凝聚态物理学家和量子化学家处理这一微观尺度范围.2)介观层次,即介于原子和宏观之间的中间尺度,在这一尺度范围主要是材料学家、冶金学家,陶瓷学家处理.3)最后是宏观尺寸,此时大块材料的性能被用作制造过程,机械工程师,制造工程师等分别在这一尺度范围进行处理.既然材料性质的研究是在不同尺度层次上进行的,那么,计算机模拟也可根据模拟对象的尺度范围而划分为若干层次,如表1所示.在研究微观尺度下的材料性能时,统计力学仍是十分有用的原子级模拟方法.这种经典方法最明显第26卷第4期2001年12月广西大学学报(自然科学版)Journal of Guangxi U niversity (N at Sci Ed )V o l .26,N o.4 D ec .,2001 α收稿日期:20010415;修订日期:20011028基金项目:国家自然科学基金(50061001),广西自然科学基金匹配(桂科配0135006),广西自然科学基金(0007020)作者简介:高英俊(1962),男,湖南祁东人,广西大学教授,博士.292广西大学学报(自然科学版)第26卷 的成功是对相变的理解.例如,固体的结晶有序,合金的成份有序或铁磁体的磁化.这种模拟属于所谓“物质的平衡态”,也就是物质从头至尾已弛豫至与环境达到热平衡和化学平衡.但是,实际许多工艺上情况是远离平衡的,例如,在铸造、焊接、拉丝和施压等情况下,平衡统计力学是不合适的.最近十年期间,非平衡过程的理论和这些过程的数学建模技术已经取得很大进步.随巨型计算机的出现,用于规则的结晶固体的模拟计算,已经达到了定量预测的能力.最新的进展表明有可能以相似的精度描述诸如缺陷附近的晶体形变、表面和晶粒边界的非规则图像.这些新方法甚至有可能用以研究物质的亚稳态或严重无序状态.表1 计算机的模拟层次、空间尺度及模拟对象模拟层次空间尺度模拟对象电子层次011nm～1nm电子结构原子分子层次1nm～10nm结构、力学性能、热力学和动力学性能微观层次～1Λm晶粒生长、烧结、位错网、粗化和织构宏观层次>1Λm铸造、焊接、锻造和化学气相淀积3 材料研究的主要模拟技术3.1 第一原理模拟技术材料的电子结构及相关物性与宏观性能密切相关.因此,研究材料的电子结构及相关物性,对从微观角度了解材料宏观形变与断裂力学行为的本质机制具有重要价值,也能为探索改善材料力学性能的可能途径提供指导.基于量子力学第一原理的局部密度函数(LD F)理论上的各种算法[5](LM TO, FLA PW,SCF-XΑ-S W,L KKR等)已能够计算材料的电子结构及一些基本物理性能,包括晶界—非晶—自由表面与断纹面—杂质—缺陷等各类原子组态的电子结构、相结构稳定性、点和切变面缺陷能量、理想解能量、原子键强及热力学函数等,这使得在实验和理论之间的比较不再局限于依靠经验或半经验参量势函数的计算模式.3.2 原子模拟技术按照获得原子位形或微观状态的方法,对于完整和非完整晶体的结构、动力学和热力学性质,有几种可行的模拟方法,如分子动力学方法(M D),蒙特卡罗方法(M C),最小能量法[7](E M)等.分子动力学的目标是研究体系中与时间和温度有关的性质而不只是静力学模拟中研究的构型方面.分子动力学方法是求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程),通过分析系统中各粒子的受力情况,用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度,来确定粒子的运动状态.蒙特卡罗方法是根据待求问题的变化规律,人为地构造出一个合适的概率模型,依照该模型进行大量的统计试验,使它的某些统计参量正好是待求问题的解.最小能量法是利用计算机计算晶体的能量,通过调整原子的位置、调整原子间的化学键长和键角得到最可能的结构,使其系统能量下降,达到最小,所计算的能量值与实验结果相比较,可达到相当精确的程度.3.3 连续介质模型的模拟方法为处理宏观问题,常用的方法主要包括传统的有限差分法、有限元法、边界元法等.例如,对材料研究中的传热温度场、传质扩散等问题都可借助这些方法进行求解.此外,对于某些连续的材料微观物理演变过程,也可以在对空间和时间的离散化处理的基础上,采用一定的算法对其进行数据模拟,如对材料的显微组织转变过程、晶粒或第二相粒子长大过程等现象的数值模拟.3.4 综合化模拟方法综合模拟技术是近年来兴起并蓬勃发展的一类新技术.综合化的含义主要体现在研究方法和研究对象的空间尺度两个方面,前者除发展全新技术外,还包括将原有的基于交互作用势函数的原子模拟技术、从第一原理出发的各种计算技术、连续介质模型、离散化数值计算这三类技术相结合的模拟技术;后者或是直接研究介于原子尺度和宏观尺度之间中间尺度(1～100Λm)的材料结构与性能,或是将不同尺度的材料行为联系起来作为统一体加以研究,特别是如何将不同层次的研究联系起来,已成为材料模拟领域最富挑战性的重点课题.3.5 人工智能模拟技术在材料研究和应用的不少领域,很大程度上还依靠经验解决问题,或者某些问题即使存在理论上的算法解,但由于解法过于复杂,使它们难以实际应用.针对上述现象,属于人工智能范围下的各种计算机模拟技术为解决这些涉及材料研究与应用中特有的问题提供了有效工具,包括聚类模拟识别技术、专家系统、人工神经网络技术等,它们已经逐渐被应用于材料的组织成份设计、材料制备和加工过程的控制、材料物理与力学性能的预测等各个方面.3.6 优化设计技术这种设计的基本原理是:从已有的大量数据、经验事实出发,利用现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数据理论,如固体与分子经验电子理论,量子理论等,通过计算机对比、推理思维来完成优选新合金、新材料的设计过程.优化设计实质上就是数学上的最优化问题,任何一个需要优化设计的实际材料问题都可以用最优化技术来解决.4 计算机模拟在材料科学的应用4.1 材料的合成和制备与计算机模拟图1 材料设计专家系统流程图无论是对现有材料的合成与制备过程的改进,还是对新材料合成与制备的研究,仍然在很大程度上需要参照现有同类材料的合成与制备经验[9].这就使得各类材料的数据库,特别是各种材料的化学和物理化学性质的数据库显得非常重要.例如,一种新陶瓷材料的合成,一种新型晶体材料的生长,如果能得到有关相图方面的信息,就可以大大减少工作中的盲目性,减少工作量.这时,计算机及其相关技术就成为必不可少的工具,依据材料科学的知识系统,将大量丰富的实验与模拟计算资料贮存起来以形成综合数据库.目前,各国的材料研究机构已经建立了许多不同类型的数据库,如合金系相图,晶体结构参数和物理性质、相和组织的力学性能图等.材料设计是研究材料的合成和制备问题的最终目标之一.许多化学家、物理学家和材料学家在这一方向上不懈地努力着.他们将材料方面的大量数据和经验积累起来,在数据库的基础上形成了大大小小的专家系统,一些工作已经取得了很好的结果.图1所示的是一个计算机辅助B i -Y IG 磁光薄膜材料设计的专家系统,在这个系统中两个最重要的部分就是材料数据库和材料知识库.材料数据库中存储的是具体有关材料的数据值,它只能进行查询而不能推理;材料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,知识库却能通过推理机构以一定的可信度给出性能的估算值,从而实现性能预测功能.同时,也可用知识库进行组分和工艺设计,在整个知识库中采用了近年来在国际上兴起的数据库知识发现技术KDD .材料设计的专家系统是今后发展的重要方向之一.4.2 材料的组成和结构与计算机模拟现今材料的组成和结构表征研究主要采用各种大型分析设备进行,例如扫描电镜(SE M )、透射电镜(T E M )、分析电镜(A E M )、扫描探针显微镜(SPM )等;各种谱仪如可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、原子吸收光谱、等离子体发射光谱、荧光光谱等;各种衍射仪如X 射线衍射、电子衍射、中子衍射等.这些大型分析设备几乎无一例外地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,而且这些分析模拟软件的功能非常强大,大大减轻了数据处理的工作量,可以给出能够直接用于发表的各种图表.4.3 材料的性能测试和分析与计算机模拟392第4期高英俊等:计算机模拟技术在材料科学中的应用492广西大学学报(自然科学版)第26卷 材料性能的测定大多使用专门的测试设备和仪表.有时为了测定某些较为特殊的性能,也常用一些通用的测试设备和仪表组成比较复杂的测试系统.在组建的测试系统中,如果使用计算机来控制整个系统,使其协调运行,进行数据采集和数据处理,通常都能使整个系统的功能得到飞跃性的增强.计算机化的材料性能测试系统(CA T系统)是提高材料研究水平的重要手段.由于计算机灵活的编程方式,强大的数据处理能力和很高的运算速度,使得CA T系统可以实现手动方式不能完成的许多测试工作,提高了材料试验研究的水平和测试的精度.在材料性能分析方面,计算机的应用也非常广泛.例如,对纳米非均匀体系中的内应力场及其对相变的影响以及多晶系统中的晶粒压电共振等许多问题进行计算和模拟.这些计算和模拟为深刻地认识材料的物理性质,为建立相应的物理模型提供了有力的论据.4.4 材料加工的自动控制对材料进行加工是工业上制造和处理材料的重要手段.材料加工主要包括铸造、锻造、压力加工、热处理及粉末冶金等.所有这些均可利用计算机对其进行自动控制.材料加工的基本原理是:根据材料加工的尺寸或性能要求向计算机输入相关数据,将得到的信息经过A D转换成数字信号输入计算机,计算机经过自己的程序处理,最后将处理的数字信号经D A转换器变成模拟信息,进而将模拟信息传输到相应的执行设备以达到自动控制效果.5 结束语综上所述,计算机模拟技术在材料科学研究领域的应用越来越广泛,它已经成为材料研究人员的一个强有力的工具.可以相信,随着更多的材料科学家自觉地利用计算机来提高其研究工作水平,必将指导开发设计出性能更优异的新型材料.参考文献:[1] 陈达.对材料科学领域基础研究工作的若干建议[J].世界科学,1997,10:9212.[2] 夏宗宁,贺立,吕允文.材料科学中的计算机拟[J].化工新型材料,1996,24(2):124.[3] 胡士麒.电子和原子层次材料行为的计算机模拟[J].材料研究学报,1998,12(1):1215.[4] 王桂金,吴宝榕.相变和晶体缺陷的计算机模拟在合金设计中的应用[J].材料导报,1989,3(2):972100.[5] 陈达.高技术新材料与计算机模拟技术[J].世界科学,1997,(3):27229..[6] 罗旋.材料科学的分子动力学模拟研究进展[J].材料科学与工艺,1996,4(1):1242127.[7] Co 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计算机模拟技术在纳米材料研究中的应用
计算机模拟技术在纳米材料研究中的应用随着科技的不断发展，计算机模拟技术在纳米材料研究中的应用也越来越广泛。
这种技术的发展让科学家们能够更加深入地研究纳米材料的性质、结构及其其它特性，这对于提高材料性能、增强材料强度和延长材料使用寿命都具有重要意义。
纳米材料是指微观尺寸小于100纳米的材料，相比于传统的大尺寸材料，纳米材料的结构、性能都有着极大的差异。
因此，对于纳米材料的研究，必须借助于高超的科技手段，计算机模拟技术就是其中之一。
纳米材料的应用相当广泛，涵盖了电子、能源、医学、航空、工业等领域。
然而，由于纳米材料结构复杂、尺寸微小，传统的实验手段很难获取其精确信息。
这时候，计算机模拟技术就显得尤为重要。
通过计算机模拟，科学家们可以对纳米材料的结构、热力学、光学、电学、磁学等特性进行深入研究，为材料的研究和应用提供更加精准的数据支撑。
其中，分子动力学模拟是一种重要的计算机模拟技术。
它通过模拟多个粒子之间的相互作用，来研究材料的性质、动力学行为和相变等过程。
通过分子动力学模拟，科学家们可以深入了解纳米材料的原子间相互作用、表面化学反应，以及热力学等方面的性质变化。
这种技术在材料工程中的作用非常大，能够为合成高性能材料、设计新型材料等方面提供帮助。
除了分子动力学模拟技术外，量子化学模拟也是纳米材料研究的重要手段。
量子化学模拟主要用于探究原子与分子的相互作用、材料的电子结构等问题。
通过对纳米材料的电子结构进行模拟，可以预测纳米材料在光、电场中的响应以及电子传输的特性等。
这种技术在纳米光电子学、纳米电子器件等领域有着广泛应用。
此外，计算机模拟技术还可以结合材料设计软件，帮助科学家们设计新型纳米材料。
例如，物理网络计算机（PNC）算法可以帮助研究人员在吸附和催化反应等领域计算结构和材料的性能。
这种方法可以降低材料研究的成本和风险，大大促进了新型材料研发的进展。
综上所述，计算机模拟技术在纳米材料研究中的应用具有极其重要的作用，它可以为科学家们提供精细的数据支持，促进纳米材料的研究和应用。
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一、问答题
1、计算机在材料科学中的应用包括哪些？
2、写出i节点处以向前差分表示的一阶差分和二阶差分。
3、写出i节点处以向后差分表示的一阶差分和二阶差分。
4、写出i节点处以中心差分表示的一阶差分和二阶差分。
5、有限元法程序总体可分为哪三个组成部分？
6、数据库管理系统有哪三种？
7、神经网络的学习方式分为哪两种？
8、人工神经网络的特点和优越性表现在那几个方面？
9、数据库数据主要特征包括哪些？
10、什么是专家系统？
11、简述专家系统的工作过程
12、什么是人工神经网络？画出经典人工神经网络的经典形式。
13、人工神经网络的结构形式有哪些？画出结构示意图。
14、专家系统有哪些类型？
15、什么是数据库管理系统？数据库管理系统至少包括哪三个部分？
16、在计算机控制系统中，什么是可靠性？衡量可靠性的指标是什么？
17、在计算机控制系统中，什么是可维护性？
18、在计算机控制系统中，硬件系统的五大组成部分是什么？
19、什么是传感器？
20、举出至少5个可以通过教育网进行检索的全文数据库？
21、材料研究中的一般数学建模过程和步骤有哪些？
22、常用的数学模型建立有几种方法？
23、简述有限差分法的数学思想和解题步骤。
24、简述有限元法的数学思想和解题步、骤。
25、简述Ansys软件主要包括三个部分的名称和各部分的功能。
26 简述数据库的构成和主要特征。
27、画出加热炉计算机控制系统的框图，并做简要的说明。
28、简述计算机在材料成分检测中起到哪些作用？
29、简单描述计算机在组织结构分析中的具体作用。
30、简述origin软件的主要功能。
31、简述数学模型的概念及分类。
32、常用的数值分析方法大致可以分为哪两大类？
33、差分方程的求解方法有几种？各有什么优缺点？
34、计算机控制系统的主要特点和基本要求体现在哪几个方面？
35、计算机在材料加工中的应用有哪几个方面？。