计算机在材料科学与工程中的应用(第2版)

第1章概述

1.1材料科学进展与计算机应用技术

1.2计算机在材料科学中的应用

1.2.1计算机模拟技术用于材料行为工艺研究

1.2.2计算机技术用于材料数据库和知识库

1.2.3计算机技术用于材料设计

1.2.4计算机技术用于材料加工控制

1.2.5计算机技术用于材料性能表征与检测

1.2.6计算机技术用于材料数据和图像处理

1.2.7计算机网络技术用于材料科学研究

1.2.8计算机技术用于材料基因工程

参考文献

第2章 材料科学研究中的数学模型及分析方法

2.1数学模型基础及建模方法

2.1.1数学模型基础

2.1.2建立数学模型的一般步骤和原则

2.1.3常用的数学建模方法

2.2有限差分法

2.2.1有限差分法简介

2.2.2有限差分法数学基础

2.2.3有限差分法解题基本步骤

2.2.4有限差分法解题示例

2.2.5商用有限差分软件简介

2.3有限元法

2.3.1有限元法简介

2.3.2有限元法常用术语

2.3.3有限元法数学基础

2.3.4有限元分析基本步骤

2.3.5有限元法解题示例

2.3.6有限元软件简介

2.3.7 ANSYS有限元软件解题示例

2.4蒙特卡洛方法

2.4.1蒙特卡洛方法简介

2.4.2蒙特卡洛模拟基本步骤

2.4.3蒙特卡洛法解题示例

2.5分子动力学方法

2.5.1分子动力学方法简介

2.5.2分子动力学方法模拟基本步骤

2.5.3势函数

2.5.4边界条件·

2.5.5分子动力学积分算法

2.5.6分子动力学中的系综

2.5.7温度与压力的调节

2.5.8宏观物理量的计算

2.5.9分子动力学方法解题示例

2.5.10分子动力学相关软件

2.6人工神经网络方法·

2.6.1人工神经网络简介

2.6.2人工神经网络基本结构

2.6.3人工神经网络基本要素

2.6.4误差反向传播神经网络（BP网络）

2.6.5人工神经网络方法解题基本步骤

……

第3章材料科学研究中主要物理场的数值模拟

第4章材料数据库与专家系统

第5章材料科学与工程中的多尺度、多物理场计算与模拟

第6章材料加工过程的计算机控制

第7章材料检测中的计算机应用

第8章数据与图形图像处理过程中的计算机应用

第9章 Internet与材料科学

第10章 实验设计与上机实践

参考文献

第1章概述

1.1材料科学进展与计算机应用技术

材料是人类社会发展的里程碑，是人类生产和生活水平提高的物质基础，同时也是现代文明进步的重要标志和发展高新技术的基础和先导。材料、能源和信息共同构成了人类社会赖以生存和发展的基本资源，是现代科学和现代文明的三大支柱。材料技术不仅是一个独立的技术领域，同时又是其他技术领域的基础，对其他技术领域起着引导、支撑的关键作用。材料是人类社会进步和发展的标志，纵观人类发现材料和利用材料的历史，每一种材料的广泛应用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，将人类社会的物质文明和精神文明向前推进一步。

材料具有普遍性和重要性，同时又具有多样性。工程上通常按照材料的物理化学属性将其划分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料四大类。金属材料主要包括黑色金属材料和有色金属材料两类，是用量最大，用途最广的工程材料，向来占据材料消费的主导地位；高分子材料为有机材料，是由相对分子质量很大的分子组成，其主要原料是石油化工产品，主要包括塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂及涂料等；陶瓷材料为无机非金属材料，通常是指硅酸盐、金属与非金属元素的化合物；复合材料是由两种或两种以上的材料组合在一起而形成的一种多相固体材料，它兼具组成组分的优点并在一定程度上克服了各自的缺点，因此是一种优异的新型材料，复合材料按照其基体的不同可分为金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料三大类。

材料科学的概念源自20世纪50年代，当时苏联人造卫星先于美国上天，美国大为震惊并迅速分析出自己落后的原因主要是先进材料研究与应用领域的滞后，于是美国的一些著名大学和研究机构相继成立了材料科学研究中心，旨在采用先进的科学理论与实验方法来研究并开发新材料。至此，便诞生了“材料科学”的新名词。

计算机是人类社会在不断探索和了解自然奥秘的发展历程中发明出来的计算工具，世界上首台计算机于1945年2月诞生于美国的宾夕法尼亚大学，虽然只有每秒5000次的运算速度、60t的重量、150kW的电力支持以及40万美元的造价，但它标志了一个新时代的到来，是人类社会发展过程中的一个里程碑。从第一台计算机的诞生到现在70余年的时间里，电子计算机的发展和普及可谓一日千里，并渗透到了社会生活的各个方面，成为人类社会不可或缺的组成部分，也已渗透到各个学科领域，成为人类社会现代化的标志，越来越显著的影响着人类的生活。

材料科学的显著特点是多学科的相互交叉，材料科学与数学、物理学、化学、光学、电子学、声学及计算机技术等基础学科的联系密不可分。也正因为这种多学科交叉的复杂性，材料科学的发展还不成熟，目前对它的研究很大程度上还依赖于经验的积累，系统的材料研究需要一个很长的过程。但是随着人类步入21世纪，计算机技术的发展日新月异，它在材料科学领域的应用日渐深入，同时也促进了材料科学的飞速发展。

……

本书共分10章，分别介绍了材料科学研究中的数学模型及分析方法；材料科学研究中主要物理场的数值模拟；材料数据库与专家系统；计算机材料设计与模拟；材料加工过程的计算机控制；材料检测中的计算机应用；数据与图形图像处理过程中的计算机应用；Internet与材料科学；并通过实验设计对所讲述的理论知识进行具体应用。