計算機在材料科學與工程中的應用_概述

1、1計算機在材料科學與工程中的應用計算機在材料科學與工程中的應用Application of Computer in MSE（Material Science and Engineering）主講：李小波主講：李小波 TelelE_mail:E_mail:機械工程學院金屬材料系機械工程學院金屬材料系2主要參考資料主要參考資料1、計算機在材料科學與工程中的應用計算機在材料科學與工程中的應用-楊明波（化學工業(yè)出版社楊明波（化學工業(yè)出版社,2008）2、計算機在材料工程中的應用計算機在材料工程中的應用-湯愛濤湯愛濤 (重慶大學出版社重慶大學出版社,2

2、008)3、計算機在材料科學與工程中的應用計算機在材料科學與工程中的應用- 曾令可曾令可(武漢理工大學出版社武漢理工大學出版社,2004)4、計算機在材料科學中的應用計算機在材料科學中的應用-許鑫華（機械工業(yè)出版社許鑫華（機械工業(yè)出版社,2003）5、計算機在材料科學與工程中的應用計算機在材料科學與工程中的應用-劉興江（東北大學出版社劉興江（東北大學出版社,2007 ）6、計算機在材料科學中的應用計算機在材料科學中的應用-李瓊（電子科技出版社，李瓊（電子科技出版社，2007）7、材料科學中計算機的應用材料科學中計算機的應用-喬寧（中國紡織出版社喬寧（中國紡織出版社, 2007）8、材料設計教程

3、材料設計教程-戴起勛戴起勛（化學工業(yè)出版社（化學工業(yè)出版社, 2007）建議教材：建議教材：計算機在材料科學與工程中的應用計算機在材料科學與工程中的應用張朝暉（中南大學出版社張朝暉（中南大學出版社,2008） 3 目 錄4本課程在教學計劃中的地位、作用和任務本課程在教學計劃中的地位、作用和任務 本課程是金屬材料工程專業(yè)的本課程是金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)基礎課。專業(yè)基礎課。 課程教學所要達到的課程教學所要達到的目的目的是：是： 了解了解計算機技術及網(wǎng)絡技術在材料科學和工程計算機技術及網(wǎng)絡技術在材料科學和工程中的應用；中的應用； 初步掌握初步掌握在材料科學研究領域中更好地應用計在材料科學研究領域中更

4、好地應用計算機的思路、方法和原理，并使之能初步將計算機的思路、方法和原理，并使之能初步將計算機用于后續(xù)專業(yè)課程學習和專業(yè)設計中去；算機用于后續(xù)專業(yè)課程學習和專業(yè)設計中去；5考核方式：考核方式： 作業(yè)完成情況，上課出勤率，上機表現(xiàn)， 上機考試。成績評定：成績評定： 平時成績占30，期末考試占70。61.1 材料科學與工程(MSE)1.1.1 材料的作用與分類材料材料是是用以制用以制造有用造有用物件的物件的物質物質第1章 計算機在材料科學與工程中應用概述材料材料是人類社是人類社會發(fā)展的里程會發(fā)展的里程碑，是人類生碑，是人類生產(chǎn)和生活水平產(chǎn)和生活水平提高的物質基提高的物質基礎，是現(xiàn)代文礎，是現(xiàn)代文明

5、進步的重要明進步的重要標志和發(fā)展高標志和發(fā)展高新技術的基礎新技術的基礎和先導。和先導。石器時代石器時代銅器時代銅器時代鐵器時代鐵器時代當代文明三大支柱（當代文明三大支柱（20世世紀紀60年代說法）：年代說法）：材料材料、能源和信息能源和信息新技術革命主要標志（新技術革命主要標志（ 20世紀世紀70年代說法年代說法）：）：新材料新材料、信息技術和生物、信息技術和生物技術技術7材材料料的的分分類類金屬材料金屬材料無機非金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料有機高分子材料復合材料復合材料結構材料結構材料功能材料功能材料建筑材料建筑材料能源材料能源材料電子材料電子材料耐火材料耐火材料醫(yī)用材料醫(yī)用材料耐火

6、材料耐火材料8 研究材料組成、結構、性能、制備工藝和使用性能以及它們之間相互關系的科學。美國國家研究院材料科學與工程委員會美國國家研究院材料科學與工程委員會90年代的材料科學與工程：在材料時代保持競爭力年代的材料科學與工程：在材料時代保持競爭力 材料科學與工程領域存在材料科學與工程領域存在 四個要素四個要素（性質與現(xiàn)象、使用性能、結構與成分、合成（性質與現(xiàn)象、使用性能、結構與成分、合成與加工）與加工） 兩個關鍵兩個關鍵（儀器設備和分析建模）（儀器設備和分析建模） 1.1.2 MSE研究內(nèi)容9Source: Materials Science and Engineering for the 19

7、90s, NRC, 1989Composition &Processing成分與工藝成分與工藝Structure組織結構組織結構Properties材料性能材料性能.Performance使用性能使用性能四個要素四個要素10 MSEMSE特點：特點：o是多學科交叉的新興科學。它與許多基礎是多學科交叉的新興科學。它與許多基礎學科有著學科有著不可分割的聯(lián)系，如固體物理學、不可分割的聯(lián)系，如固體物理學、電子學、光學、聲學、量子化學、數(shù)學與電子學、光學、聲學、量子化學、數(shù)學與計算機等。計算機等。o是一門發(fā)展不成熟的學科，它的研究很大是一門發(fā)展不成熟的學科，它的研究很大程度依賴于實驗和經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)的

8、研程度依賴于實驗和經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)的研究材料還有一個很長的過程。究材料還有一個很長的過程。111.2 計算機在MSE中的應用計算機硬件條件的飛速發(fā)展為計算機在材料科學中的廣泛應用提供了計算機硬件條件的飛速發(fā)展為計算機在材料科學中的廣泛應用提供了有力保證。有力保證。Moore定律（1965）：計算機的CPU速度每1.5年增加一倍。12 計算機在計算機在MSEMSE的應用非常廣泛。的應用非常廣泛。 材料科學是研究材料的組成與結構、材料科學是研究材料的組成與結構、合成與制備、性能與應用以及它合成與制備、性能與應用以及它們之間相互關系的一門科學們之間相互關系的一門科學, ,在所在所有的這些方面有的這些

9、方面, ,計算機都發(fā)揮了非計算機都發(fā)揮了非常重要的作用。常重要的作用。13 計算模擬技術計算模擬技術是一種根據(jù)實際體系在計算機上進行的是一種根據(jù)實際體系在計算機上進行的模型試驗，通過將模擬結果和實際體系的實驗數(shù)據(jù)進模型試驗，通過將模擬結果和實際體系的實驗數(shù)據(jù)進行比較，可以檢驗模型的正確性，也可以檢驗由計算行比較，可以檢驗模型的正確性，也可以檢驗由計算模型得到的解析理論所作的簡化近似是否成功。模型得到的解析理論所作的簡化近似是否成功。 在模型體系上獲得的相關信息一般比在實際體系上通在模型體系上獲得的相關信息一般比在實際體系上通過實驗得到的信息更多。在很多情況下，計算機模擬過實驗得到的信息更多。在

10、很多情況下，計算機模擬可以部分地取代實驗。另外，計算機模擬對于理論的可以部分地取代實驗。另外，計算機模擬對于理論的發(fā)展具有重要的支撐作用，它們?yōu)楝F(xiàn)實模型和實驗室發(fā)展具有重要的支撐作用，它們?yōu)楝F(xiàn)實模型和實驗室中無法實現(xiàn)的探索模型提供了一種行之有效的研究方中無法實現(xiàn)的探索模型提供了一種行之有效的研究方法，如材料在超高壓力和溫度條件下相變，材料在超法，如材料在超高壓力和溫度條件下相變，材料在超高速沖擊條件下的損傷與失效等，都可以借助計算機高速沖擊條件下的損傷與失效等，都可以借助計算機模擬技術進行詳細研究。模擬技術進行詳細研究。1.2.1計算機模擬技術用于材料行為工藝研究14o將理論與實驗工作直接結合

11、起來將理論與實驗工作直接結合起來。首先是建立模型，這個模型。首先是建立模型，這個模型要有一個可靠的理論基礎，考慮世界的真實性?；诶碚摰哪Ｒ幸粋€可靠的理論基礎，考慮世界的真實性?；诶碚摰哪Ｐ筒拍軌蝾A測實驗行為，也才能夠使實驗者根據(jù)現(xiàn)代理論解釋型才能夠預測實驗行為，也才能夠使實驗者根據(jù)現(xiàn)代理論解釋實驗結果。反過來，模擬進一步完善理論和實驗研究。也就是實驗結果。反過來，模擬進一步完善理論和實驗研究。也就是說模擬離不開理論和實驗，它們相互影響、相互促進。例如，說模擬離不開理論和實驗，它們相互影響、相互促進。例如，可以通過模擬計算出一個傳統(tǒng)的加工工藝為什么會出現(xiàn)問題，可以通過模擬計算出一個傳統(tǒng)的加

12、工工藝為什么會出現(xiàn)問題，然后結合理論知識改進工藝方案，最后通過實際生產(chǎn)來驗證改然后結合理論知識改進工藝方案，最后通過實際生產(chǎn)來驗證改進的模擬結果，進一步也驗證了所用模型、理論的合理性。進的模擬結果，進一步也驗證了所用模型、理論的合理性。o計算模擬架起了從微觀到宏觀，從基礎研究到工程應用的橋梁。計算模擬架起了從微觀到宏觀，從基礎研究到工程應用的橋梁。小到原子分子，大到飛機航母等尺度的材料行為都能通過不同小到原子分子，大到飛機航母等尺度的材料行為都能通過不同的模擬方法進行計算模擬。甚至隨著材料科學和計算機的發(fā)展，的模擬方法進行計算模擬。甚至隨著材料科學和計算機的發(fā)展，能實現(xiàn)多尺度的耦合模擬，毋庸置

13、疑，這大大擴寬了人類認識能實現(xiàn)多尺度的耦合模擬，毋庸置疑，這大大擴寬了人類認識的眼界。的眼界。模擬的主要目的模擬的主要目的15典型模擬方法及所對應的模擬尺度典型模擬方法及所對應的模擬尺度FDM= finite difference method, FEM=finite element method 16 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分有限元模擬人有限元模擬人腳走路受力情腳走路受力情況況有限元方法17 材料行為工藝的計算模擬材料行為工藝的計算模擬是指利用計算機對真實的是指利用計算機對真實的系統(tǒng)進行模擬實驗，提供材料在某種工藝條件下的系統(tǒng)進行模擬實驗，提供材料在某種工藝條件下的行為變化規(guī)律。如對行為變化規(guī)律。如

14、對材料相變材料相變、對、對材料成型過程材料成型過程、對對材料在沖擊載荷下材料在沖擊載荷下的計算機模擬等。的計算機模擬等。 采用計算機模擬技術進行材料研究的采用計算機模擬技術進行材料研究的優(yōu)勢優(yōu)勢在于它不在于它不但能夠模擬各類實驗過程，了解材料的內(nèi)部微觀性但能夠模擬各類實驗過程，了解材料的內(nèi)部微觀性質及其宏觀力學行為，并且在沒有實際制備加工出質及其宏觀力學行為，并且在沒有實際制備加工出這些新材料之前就能預測它們的性能，為設計優(yōu)異這些新材料之前就能預測它們的性能，為設計優(yōu)異性能的新型材料提供強有力的性能的新型材料提供強有力的理論指導理論指導，同時可避，同時可避免大量的實驗工作，提高材料研究的效率，

15、降低工免大量的實驗工作，提高材料研究的效率，降低工作強度，節(jié)省研究經(jīng)費。作強度，節(jié)省研究經(jīng)費。18 計算模擬技術已應用于材料行為工藝研究的計算模擬技術已應用于材料行為工藝研究的各個方面：各個方面：o 材料組織結構的計算機模擬；材料組織結構的計算機模擬；o 材料熱處理計算機模擬；材料熱處理計算機模擬；o 材料腐蝕與防護的計算模擬；材料腐蝕與防護的計算模擬；o 鑄造過程計算機模擬；鑄造過程計算機模擬；o 材料塑性成形過程計算機模擬；材料塑性成形過程計算機模擬；o 材料焊接過程計算機模擬。材料焊接過程計算機模擬。19先進鑄造工藝計算模擬o大家對鑄造過程并不陌生，傳統(tǒng)的鑄造工藝是“睜眼造型，閉眼澆注”

16、。我們不禁要問“閉眼”操作能做好嗎？沒錯，“眼見為實”在鑄造工藝設計中非常重要，而金屬液一旦進入模具型腔之后我們就無法看到其動態(tài)流動、溫度分布以及凝固過程。所以工程師們只能憑經(jīng)驗和想象來設計模具，這很令人頭疼，那么如何才能看到整個鑄造過程，讓其在我們面前變得“可視”，從而優(yōu)化鑄造工藝呢？o首先采用計算機模擬技術和現(xiàn)代鑄造理論，模擬鑄件充型、溫首先采用計算機模擬技術和現(xiàn)代鑄造理論，模擬鑄件充型、溫度分布和凝固過程；度分布和凝固過程； o其次用三維其次用三維X射線實時觀察和監(jiān)測澆注過程獲得初步試驗數(shù)據(jù)；射線實時觀察和監(jiān)測澆注過程獲得初步試驗數(shù)據(jù)； o最后通過實際澆鑄生產(chǎn)并與模擬、監(jiān)測結果對比，確定

17、最佳的最后通過實際澆鑄生產(chǎn)并與模擬、監(jiān)測結果對比，確定最佳的生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)工藝。 o通過這樣三步，我們就實現(xiàn)了“可視化鑄造”！20 計算機模擬計算機模擬X射線實時觀察射線實時觀察實際生產(chǎn)實際生產(chǎn)21 圖中是一個大型鋼錠的充型過程模擬，其中用到專業(yè)模擬軟件圖中是一個大型鋼錠的充型過程模擬，其中用到專業(yè)模擬軟件view cast，從動，從動畫中可以清楚的看到整個鑄件充型過程。畫中可以清楚的看到整個鑄件充型過程。 22此動畫顯示了鋼錠的冷卻過程中溫度的變化過程，其中不同的顏色代表不此動畫顯示了鋼錠的冷卻過程中溫度的變化過程，其中不同的顏色代表不同的溫度，這樣溫度這一不可見的過程也將變得同的溫度，這樣

18、溫度這一不可見的過程也將變得“可視可視”。 23先進鍛造工藝計算模擬先進鍛造工藝計算模擬 鍛造加工的悠久歷史鍛造加工的悠久歷史 鍛造鍛造=打鐵？打鐵？No！如何加工大型巨輪中的大型曲軸曲拐呢？如何加工大型巨輪中的大型曲軸曲拐呢？24曲拐加工工藝的計算機模擬曲拐加工工藝的計算機模擬 25 工藝的模擬和工廠試制的比較工藝的模擬和工廠試制的比較 26 對一個大型壓力容器件的加工模擬過程，用計算模擬的結果來指導生產(chǎn)對一個大型壓力容器件的加工模擬過程，用計算模擬的結果來指導生產(chǎn)，已經(jīng)取得了很好的效果！，已經(jīng)取得了很好的效果！ 27其它加工過程的模擬 鉆孔鉆孔橫楔軋橫楔軋晶粒演化晶粒演化 齒輪架齒輪架感應

19、加熱感應加熱連桿連桿 28顯微組織模擬 圖中顯示了計算機模擬的不同時刻的凝固枝晶形貌圖，不同的顏色代表不同的濃度分布。這樣顯微組織形核、生長等過程也將實現(xiàn)“可視化”！ 29三維等軸樹枝晶形貌的模擬三維等軸樹枝晶形貌的模擬 301.2.2 計算機技術用于材料數(shù)據(jù)庫和知識庫 由于工程材料的種類繁多，而每一種材料都有其特定的成分、結構及性能，因此所有工程材料的成分、結構及性能就構成了一個龐大的信息系統(tǒng)，為了便于材料工作者查詢和研究，有必要建立各種類型的材料數(shù)據(jù)庫。目前已建立了許多不同類型的材料數(shù)據(jù)庫，如中科院金屬所的材料數(shù)據(jù)庫http:/ 知識庫知識庫主要是材料成分、組織、工藝和性能間的關系主要是材

20、料成分、組織、工藝和性能間的關系以及材料科學與工程的有關理論成果，它是實現(xiàn)人工以及材料科學與工程的有關理論成果，它是實現(xiàn)人工智能的基本條件。實際上智能的基本條件。實際上知識庫就是材料計算設計中知識庫就是材料計算設計中的一系列數(shù)理模型，用于定量計算或半定量描述的關的一系列數(shù)理模型，用于定量計算或半定量描述的關系式的總和。系式的總和。數(shù)據(jù)庫中存儲的是具體的數(shù)據(jù)值，它只數(shù)據(jù)庫中存儲的是具體的數(shù)據(jù)值，它只能進行查詢，不能進行推理。而知識庫中存儲的是規(guī)能進行查詢，不能進行推理。而知識庫中存儲的是規(guī)則、規(guī)律，通過數(shù)理模型的推理、運算，以一定的可則、規(guī)律，通過數(shù)理模型的推理、運算，以一定的可信度給出所需的性

21、能等數(shù)據(jù)；也可以利用知識庫進行信度給出所需的性能等數(shù)據(jù)；也可以利用知識庫進行成分和工藝控制參量的計算設計。利用數(shù)據(jù)庫和知識成分和工藝控制參量的計算設計。利用數(shù)據(jù)庫和知識庫可以實現(xiàn)材料性能的預測功能和設計功能，達到設庫可以實現(xiàn)材料性能的預測功能和設計功能，達到設計的雙向性。計的雙向性。33 材料設計專家系統(tǒng)材料設計專家系統(tǒng)是指具有相當數(shù)量的與材料有關的是指具有相當數(shù)量的與材料有關的各種背景知識，并能運用這些知識解決材料設計中有各種背景知識，并能運用這些知識解決材料設計中有關問題的關問題的計算機程序系統(tǒng)計算機程序系統(tǒng)。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)主要有下。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)主要有下列幾個模塊：優(yōu)化模塊、集成化模塊和

22、知識模塊?，F(xiàn)列幾個模塊：優(yōu)化模塊、集成化模塊和知識模塊?，F(xiàn)在逐步在發(fā)展智能專家網(wǎng)絡系統(tǒng)，這是以模式識別和在逐步在發(fā)展智能專家網(wǎng)絡系統(tǒng)，這是以模式識別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡為基礎的專家系統(tǒng)。目前基于人工神經(jīng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡為基礎的專家系統(tǒng)。目前基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的處理技術在材料科學中可到了越來越多的應用，網(wǎng)絡的處理技術在材料科學中可到了越來越多的應用，在處理規(guī)律不明顯、組分變量多、非線性方面的問題在處理規(guī)律不明顯、組分變量多、非線性方面的問題具有特殊的優(yōu)越性，并且也可以對建立的數(shù)學模型和具有特殊的優(yōu)越性，并且也可以對建立的數(shù)學模型和計算結果進行驗證。計算結果進行驗證。34 材料設計材料設計是指通過理論分析與計

23、算預報新是指通過理論分析與計算預報新材料的組分、結構與性能，或者是通過理論材料的組分、結構與性能，或者是通過理論設計來設計來“訂做訂做”具有特定性能的新材料，按具有特定性能的新材料，按生產(chǎn)要求生產(chǎn)要求“設計設計”最佳的制備和加工方法。最佳的制備和加工方法。2020世紀世紀5050年代開始；年代開始；8080年代實現(xiàn)這一目標的年代實現(xiàn)這一目標的條件趨于成熟；計算機技術是保障、條件。條件趨于成熟；計算機技術是保障、條件。1.2.3 計算機技術用于材料設計35 材料設計一般可分為三個層次（按照設計對象和材料設計一般可分為三個層次（按照設計對象和所涉及的空間尺寸可分）：所涉及的空間尺寸可分）：微觀設計

24、層次微觀設計層次，尺度，尺度約約1nm1nm數(shù)量級，是電子、原子、分子層次的設計；數(shù)量級，是電子、原子、分子層次的設計；介觀設計層次介觀設計層次，尺度約為，尺度約為1m1m數(shù)量級，材料被看作數(shù)量級，材料被看作是連續(xù)介質、是組織結構層次的設計；是連續(xù)介質、是組織結構層次的設計；宏觀設計宏觀設計層次層次。尺度對應于宏觀材料，涉及大塊材料的成。尺度對應于宏觀材料，涉及大塊材料的成分、組織、性能和應用的設計研究，是工程應用分、組織、性能和應用的設計研究，是工程應用層次的設計。不同的結構層次有不同理論和方法，層次的設計。不同的結構層次有不同理論和方法，不同層次之間常常相互交叉、不同層次的目的、不同層次之

25、間常常相互交叉、不同層次的目的、任務及應用也不盡相同。任務及應用也不盡相同。36量子化學第一原理計算軟件oABINIToVASPoWIN2KoGaussianoMaterial StudiooPWSCF37材料熱力學和相圖計算軟件oThermo-CalcoPandatoFactSage38有限元分析軟件 有限元分析是對于結構力學分析迅速發(fā)展起有限元分析是對于結構力學分析迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它是來的一種現(xiàn)代計算方法。它是50年代首先年代首先在連續(xù)體力學領域在連續(xù)體力學領域-飛機結構靜、動態(tài)特性飛機結構靜、動態(tài)特性分析中應用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨分析中應用的一種有效的數(shù)值分析方法

26、，隨后很快廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、后很快廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續(xù)性問題。流體力學等連續(xù)性問題。39 有限元分析軟件目前最流行的有：有限元分析軟件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四個比較知名比較大四個比較知名比較大的公司，其中的公司，其中ADINA、ABAQUS在非線性分析在非線性分析方面有較強的能力目前是業(yè)內(nèi)最認可的兩款有限元方面有較強的能力目前是業(yè)內(nèi)最認可的兩款有限元分析軟件，分析軟件，ANSYS、MSC進入中國比較早所以在進入中國比較早所以在國內(nèi)知名度高應用廣泛。目前在多物理場耦合方面國內(nèi)知名度高應用廣泛。目前在多物理場耦合方面幾大

27、公司都可以做到結構、流體、熱的耦合分析，幾大公司都可以做到結構、流體、熱的耦合分析，但是除但是除ADINA以外其它三個必須與別的軟件搭配以外其它三個必須與別的軟件搭配進行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的軟件只進行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的軟件只有有ADINA。 40 ANSYS是商業(yè)化比較早的一個軟件，目前公司收購了很多其他軟是商業(yè)化比較早的一個軟件，目前公司收購了很多其他軟件在旗下。件在旗下。ABAQUS專注結構分析目前沒有流體模塊。專注結構分析目前沒有流體模塊。MSC是是比較老的一款軟件目前更新速度比較慢。比較老的一款軟件目前更新速度比較慢。ADINA是在同一體系下是在同一體系下

28、開發(fā)有結構、流體、熱分析的一款軟件，功能強大但進入中國時開發(fā)有結構、流體、熱分析的一款軟件，功能強大但進入中國時間比較晚市場還沒有完全鋪開。間比較晚市場還沒有完全鋪開。 o結構分析能力排名：結構分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS o流體分析能力排名：流體分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS o耦合分析能力排名：耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS o性價比排名：最好的是性價比排名：最好的是ADINA，其次，其次ABAQUS、再次、再次ANSYS、最后最后MSC41 材料加工主要包括鑄造、鍛造、壓力加工、熱處理及

29、粉材料加工主要包括鑄造、鍛造、壓力加工、熱處理及粉末冶金等，所有這些材料加工過程均可采用計算機對其末冶金等，所有這些材料加工過程均可采用計算機對其進行自動控制。進行自動控制。 材料加工過程計算機控制的基本原理是：根據(jù)材料加工材料加工過程計算機控制的基本原理是：根據(jù)材料加工的尺寸或性能要求向計算機輸入相關數(shù)據(jù)，將得到的信的尺寸或性能要求向計算機輸入相關數(shù)據(jù)，將得到的信息進過息進過A/DA/D轉換器轉換器轉化成數(shù)字信號輸入計算機，計算機經(jīng)轉化成數(shù)字信號輸入計算機，計算機經(jīng)過程序處理，最后將處理后數(shù)字信號經(jīng)過程序處理，最后將處理后數(shù)字信號經(jīng)D/AD/A轉化器轉化器變成模變成模擬信息，進而將模擬信息傳

30、輸?shù)较鄳膱?zhí)行設備以到達擬信息，進而將模擬信息傳輸?shù)较鄳膱?zhí)行設備以到達自動控制效果。材料及加工技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制自動控制效果。材料及加工技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制技術的飛速發(fā)展，微型計算機和可編程控制器在材料加技術的飛速發(fā)展，微型計算機和可編程控制器在材料加工過程中普遍應用體現(xiàn)了這種發(fā)展趨勢。工過程中普遍應用體現(xiàn)了這種發(fā)展趨勢。 采用計算機技術控制材料的加工過程可以大幅度提高產(chǎn)采用計算機技術控制材料的加工過程可以大幅度提高產(chǎn)品的加工精度和加工質量，同時也可以提供加工效率，品的加工精度和加工質量，同時也可以提供加工效率，改善工作條件。改善工作條件。1.2.4 計算機技術用于材料的加工控制4

31、2溫度控制43 材料性能的測定大多使用專門的測試設備和儀表。如果使用計算機來控制整個系統(tǒng)，使其協(xié)調運行，進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，通常使整個系統(tǒng)的功能得到飛躍性增強。計算機化的材料性能測試系統(tǒng)(CAT系統(tǒng))是提高材料研究水平的重要手段。由于計算機靈活的編程方式、強大的數(shù)據(jù)處理能力和很高的運算速度，使得CAT系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動方式不能完成的許多測試工作，提高了材料試驗研究的水平和測試精度。1.2.5計算機技術用于材料性能表征與檢測44X射線衍射儀射線衍射儀45透射電鏡透射電鏡46掃描電鏡47X射線熒光光譜儀48差熱分析儀49金相顯微鏡金相顯微鏡50拉力試驗機51沖擊試驗機52虛擬儀器 虛擬儀器就是在

32、通用計算機上加上一組軟件和或硬件，使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設計的專用電子儀器。軟件如LABVIEW等。531.2.6 計算機技術用于材料數(shù)據(jù)和圖像處理 材料科學中的實驗為材料科學研究提供了大量的含有材料材料科學中的實驗為材料科學研究提供了大量的含有材料基本行為特征信息的實驗數(shù)據(jù)，如何快速精確地處理這些基本行為特征信息的實驗數(shù)據(jù)，如何快速精確地處理這些復雜的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，從而得到真實客觀的材料復雜的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，從而得到真實客觀的材料行為信息，對材料科學研究而言非常重要?，F(xiàn)代計算機的行為信息，對材料科學研究而言非常重要?，F(xiàn)代計算機的大容量存儲特征和快速運算

33、為存儲和處理大量的材料實驗大容量存儲特征和快速運算為存儲和處理大量的材料實驗數(shù)據(jù)提供很好的平臺。數(shù)據(jù)提供很好的平臺。 計算機對計算機對材料數(shù)據(jù)的處理材料數(shù)據(jù)的處理工作主要包括存儲、計算、繪圖、工作主要包括存儲、計算、繪圖、擬合分析及快速查詢等。擬合分析及快速查詢等。 計算機計算機圖像分析圖像分析已成為輔助研究材料結構和性能之間定量已成為輔助研究材料結構和性能之間定量關系的一種重要方法。其應用涉及材料科學研究的各個方關系的一種重要方法。其應用涉及材料科學研究的各個方面，主要包括晶粒度的測量，夾雜物的評級、相分析以及面，主要包括晶粒度的測量，夾雜物的評級、相分析以及顯微硬度、孔洞率、球化率、涂層厚度的測量等。顯微硬度、孔洞率、球化率、涂層厚度的測量等。54常用的軟件oExceloOriginoPhotoshopoCorelDraw oMatlab551.2.7 計算機網(wǎng)絡技術用于材料科學研究 借助計算機網(wǎng)絡，不同區(qū)域的材料科學研究者可以相互交流，及時了解材料科學的發(fā)展動向，查閱各種科技文獻，共享材料研究的最新成果，迅速獲得各種相關信息。計算機網(wǎng)絡技術實現(xiàn)資源共享，材料研究工作者可以在辦公室、家里或其他任何地方，訪問查詢網(wǎng)上任何資源，極大地提高了工作效率。而且，利用計