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第1章　绪论 1

1.1　材料科学与工程的概念 1

1.1.1　材料的作用及分类 1

1.1.2　材料科学与工程的内容 1

1.2　计算机在材料科学与工程中的应用简介 2

1.2.1　用于新材料和新合金的设计 2

1.2.2　用于材料科学研究中的模拟 3

1.2.3　用于材料工艺过程的优化及自动控制 5

1.2.4　用于材料组成和微观结构的表征 5

1.2.5　用于数据和图像处理及其他 5

第2章　材料科学与工程中数据的计算机处理 7

2.1　数据处理的基本理论 7

2.1.1　曲线拟合与最小二乘法 7

2.1.2　插值法 17

2.2　Origin软件在数据处理中的应用 18

2.2.1　Origin软件介绍 18

2.2.2　Origin在数据处理中的应用实例 18

2.3　Excel软件在数据处理中的应用 28

2.3.1　计算功能 28

2.3.2　参数估计 30

思考题与上机操作实验题 35

第3章　数学模型的建立及数值求解 39

3.1　数学模型介绍 39

3.1.1　数学模型的含义 39

3.1.2　数学模型的分类 39

3.1.3　数学模型的建立步骤 40

3.1.4　其他概念 41

3.2　数学模型的建立方法及实例 41

3.2.1　理论分析法 41

3.2.2　数值模拟的方法 43

3.2.3　类比分析法 47

3.2.4　数据分析法 49

3.2.5　利用计算机软件（Origin软件）建立数学模型 50

3.3　数学模型的数值求解 53

3.3.1　常用的计算方法 54

3.3.2　有限差分法 58

3.3.3　有限元法 64

思考题与上机操作实验题 78

第4章　材料科学与工程中典型物理场的数值模拟 79

4.1　温度场数学模型及求解 79

4.1.1　温度场的基本知识 79

4.1.2　温度场数学模型的建立 82

4.1.3　温度场的有限差分求解 86

4.2　铸件充型过程的通用数学模型 100

4.3　浓度场的通用数学模型与计算 102

4.3.1　菲克第一定律 102

4.3.2　菲克第二定律 103

4.3.3　渗碳浓度场的有限差求解 103

思考题与上机操作实验题 110

第5章　ANSYS软件及其在材料科学与工程中的应用 112

5.1　ANSYS软件介绍 112

5.2　ANSYS在材料科学与工程中的应用实例 113

5.2.1　铸件温度场分布及模具内部应力场分布 113

5.2.2　热处理淬火过程的温度场模拟 118

5.2.3　热喷涂过程的温度场和应力场分析 126

5.2.4　铝材挤压过程的应力应变分析 131

5.2.5　焊接过程中的应力和变形分析 138

思考题与上机操作实验题 158

第6章　计算机在相图计算及材料设计中的应用 162

6.1　相图计算的理论及实践 162

6.1.1　相图计算过程及特点 162

6.1.2　THERMO-CALC相图计算软件介绍及使用 164

6.2　材料设计的理论及实践 167

6.2.1　材料设计介绍 167

6.2.2　Material studio软件及其在材料设计中的应用 172

思考题与上机操作实验题 176

第7章　数据库及专家系统在材料科学与工程中的应用 177

7.1　数据库在材料科学与工程中的应用 177

7.1.1　数据库的组成与结构 177

7.1.2　材料科学与工程数据库的发展 178

7.2　专家系统及其在材料科学与工程中的应用 179

7.2.1　专家系统基本知识 179

7.2.2　材料科学与工程中的部分专家系统介绍 181

思考题 185

第8章　人工神经网络及Matlab软件在材料科学与工程中的应用 186

8.1　人工神经网络与Matlab软件简介 186

8.1.1　人工神经网络介绍 186

8.1.2　线性神经网络 189

8.1.3　BP神经网络 190

8.2　Matlab软件在材料科学与工程中的应用 193

8.2.1　数表公式化——曲线拟合 193

8.2.2　焊接神经网络模型建立 194

8.2.3　混凝土板瞬态温度场算法分析 195

思考题 199

第9章　材料加工成形过程的计算机模拟 200

9.1　概述 200

9.2　MoldFlow塑料注塑成形过程模拟软件介绍及使用 201

9.2.1　MoldFlow软件介绍 201

9.2.2　MoldFlow软件操作步骤及分析实例 202

9.3　Deform体积成形分析软件介绍及使用 208

9.3.1　Deform分析软件介绍 208

9.3.2　Deform软件操作步骤及实例 209

9.4　ProCAST铸造成形过程模拟软件介绍及使用 217

9.4.1　ProCAST软件介绍 217

9.4.2　ProCAST软件的操作步骤 220

9.4.3　ProCAST软件应用实例 224

思考题与上机操作实验题 229

参考文献 230