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绪论 1

一、计算机用于新材料的设计 2

二、材料科学研究中的计算机模拟 3

三、材料工艺过程的优化与自动控制 5

四、计算机用于数据和图像处理 5

五、计算机网络在材料研究中的应用 6

第一节 数学模型基础 7

一、基本概念 7

第一章 材料科学研究中的数学模型 7

二、数学模型的分类 8

三、数学模型的作用 9

第二节 建立数学模型的一般步骤和原则 10

第三节 常用的数学建模方法 14

一、理论分析法 14

二、模拟方法 16

三、类比分析法 20

四、数据分析法 20

参考文献 24

第二章 材料科学研究中常用的数值分析方法 25

第一节 有限差分法 25

一、概述 25

二、差分方程的建立 25

三、差分方程的求解方法 28

四、计算误差分析 31

五、有限差分法解题示例 32

第二节 有限元法 34

一、有限元法的基本概念——直接刚度法 35

二、有限元法的基本理论 42

三、有限元程序的结构和特点 46

四、有限元软件简介 47

五、ANSYS程序使用介绍 48

参考文献 60

第三章 材料科学研究中主要物理场的数值模拟 61

第一节 温度场的计算 61

一、导热方程 61

二、初始条件与边界条件 62

三、平面温度场的有限差分求解 63

四、有限元法求解 68

第二节 应力场计算 83

一、弹性力学基础知识 83

二、弹性问题分析 85

第三节 浓度场计算 91

一、扩散控制方程 91

二、数值解法 92

参考文献 94

一、TTT和CCT曲线 95

第一节 组织转变的计算机模拟 95

第四章 材料科学与行为工艺的计算机模拟 95

二、采用连续冷却转变(CCT)曲线模拟 96

三、采用等温转变(TTT)曲线模拟 97

四、模拟程序设计 99

五、现状和发展 100

第二节 计算机相平衡计算方法 101

一、热力学模型 101

二、计算平衡相组成和绘制相图 102

一、相图计算的过程和特点 105

第三节 相图计算发展历程和计算软件介绍 105

二、相图计算软件介绍 106

三、用Thermo-Calc系统计算相图举例 107

第四节 计算机模拟在材料科学中的应用 111

一、材料的组成和结构与计算机模拟 111

二、金属材料加工与计算机模拟 111

三、塑料加工中的计算机模拟 112

四、计算机工艺模拟发展特点 112

参考文献 113

一、数据库系统概述 114

二、数据库管理系统 114

第五章 材料数据库和新材料、新合金的设计 114

第一节 数据库系统的组成与结构 114

三、数据库系统结构 115

四、数据库数据主要特征 115

五、工程数据库的应用 116

第二节 材料科学与工程数据库 117

一、材料数据库的发展 117

三、材料数据库的应用举例 119

第三节 专家系统 128

一、专家系统的历史和发展 128

二、专家系统的工作原理 129

三、专家系统的类型 130

四、典型专家系统分析 130

第四节 人工神经网络技术 136

一、人工神经网络 136

三、误差反传神经网络构成和学习方法 139

二、神经网络的学习方法及规则 139

第五节 人工神经网络在材料科学中的应用 141

一、用人工神经网络方法实现材料设计与优化 141

二、人工神经网络实现材料工艺优化 145

三、人工神经网络实现材料性能预测 146

四、基于人工神经网络的材料智能加工与智能控制 147

参考文献 148

第六章 材料加工过程的计算机控制 150

第一节 计算机控制技术基础 150

一、计算机控制系统的概念 150

二、计算机工业控制系统的基本功能及其结构与组成 157

三、计算机工业控制系统中计算机的分类和选择 159

四、计算机控制系统的主要特点和基本要求 162

第二节 计算机控制系统的输入与输出 163

一、检测技术 164

二、控制仪表与装置 165

三、输入输出过程通道 168

第三节 材料加工的计算机控制 171

一、高分子材料加工的计算机控制 171

二、金属材料加工的计算机控制 179

三、无机非金属材料烧成的计算机控制 183

参考文献 185

第七章 计算机在材料检测中的应用 186

第一节 材料成分的检测 186

一、分析电子显微方法 186

二、各种光谱仪方法 186

第二节 材料组织结构的检测 190

一、金相图像分析系统 190

二、材料缺陷的计算机评定 195

三、材料显微组织的计算机仿真 198

第三节 材料力学性能的检测 199

一、万能材料试验机的计算机辅助测试系统 200

二、专项实验设备的计算机数据采集和处理系统 202

第四节 材料物理性能的测量 204

一、磁性测量中的计算机数据处理 204

二、超导材料特性曲线计算机测量 206

三、金属熔点附近热物性参数的计算机测量 208

参考文献 210

一、Origin软件的基本功能和使用方法 211

第八章 材料科学研究中的数据与图像处理 211

第一节 材料研究中的数据处理 211

二、Origin在材料科学研究中的应用举例 225

三、材料研究科学中的数据处理 233

四、结语 234

第二节 材料科学研究中的计算机图像分析与处理 235

一、图像与图像处理 236

二、数字图像的获得途径 236

三、采用常规软件进行材料图像分析与处理 237

四、粒径大小测定原理 247

五、粒径分析中的图像处理方法及算法 251

六、粒径数据作图与分析 252

七、图像处理在材料研究中的应用举例 253

参考文献 258

第九章 互联网在材料科学研究中的应用 259

第一节 Internet概论 259

一、Internet简介 259

二、Internet的基本概念和技术 261

三、Internet的应用 263

第二节 互联网上材料科学信息资源的检索和利用 265

一、搜索引擎 265

二、材料科学专业网站 268

三、数据库资源 279

第三节 材料科学文献检索 284

一、索引数据库检索 285

二、全文数据库检索 291

参考文献 298

附录 NiO-MgO二元相图计算程序 299