材料科學(xué)與工程中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用

第1章 緒論1

1.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展簡介1

1.2 材料科學(xué)與工程中常用的計(jì)算機(jī)技術(shù)3

1.2.1 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)4

1.2.2 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)4

1.2.3 計(jì)算機(jī)檢測與控制技術(shù)6

1.2.4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造8

1.2.5 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)與圖像處理技術(shù)9

第2章 數(shù)據(jù)處理11

2.1 Excel 軟件在材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用11

2.1.1 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差11

2.1.2 粗差的剔除11

2.1.3 基于Excel的t檢驗(yàn)與方差分析12

2.1.4 一元線性回歸分析15

2.1.5 一元非線性回歸分析16

2.1.6 多元線性回歸分析17

2.1.7 多元非線性回歸分析18

2.1.8 用Excel做逐步回歸分析18

2.1.9 基于Excel處理正交設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（極差分析法）21

2.1.10 基于Excel構(gòu)建均勻設(shè)計(jì)表構(gòu)造22

2.2 Origin 軟件在材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用23

2.2.1 Origin軟件簡介23

2.2.2 Origin軟件數(shù)據(jù)管理25

2.2.3 Origin軟件在材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用實(shí)例30

2.2.4 利用Origin從圖里獲得原始數(shù)據(jù)50

2.2.5 Origin中相關(guān)的菜單英語單詞52

第3章 材料科學(xué)與工程中的圖像處理58

3.1 用Photoshop處理金相圖片58

3.1.1 修理金相圖片58

3.1.2 金相照片加標(biāo)尺61

3.1.3 合成全景照片63

3.1.4 圖像的焦聚融合64

3.1.5 基于Photoshop軟件的定量金相66

3.1.6 繪制立體金相組織圖67

3.2 Matlab實(shí)現(xiàn)定量金相69

3.2.1 定量金相的發(fā)展69

3.2.2 定量金相學(xué)中常用的參數(shù)符號和公式69

3.2.3 定量金相的測量方法70

3.2.4 定量金相分析的Matlab 實(shí)現(xiàn)71

第4章 第一性原理計(jì)算73

4.1 波函數(shù)與薛定諤方程73

4.2 Hartree Fock自洽場方法75

4.3 密度泛函理論77

4.3.1 Hohenberg Kohn定理77

4.3.2 Kohn Sham方程78

4.3.3 LDA和GGA79

4.4 DFT計(jì)算的主要方法80

4.4.1 贗勢平面波(PPW)方法81

4.4.2 線性綴加平面波(LAPW)方法83

4.4.3 線性Muffin tin軌道(LMTO)方法84

4.5 第一性原理計(jì)算的常用軟件84

4.5.1 使用贗勢的計(jì)算軟件84

4.5.2 基于全電子方法的軟件86

4.6 幾個(gè)簡單的計(jì)算實(shí)例88

4.6.1 ELK和PWSCF程序的基態(tài)計(jì)算輸入文件88

4.6.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化及結(jié)合能的計(jì)算92

4.6.3 晶體能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算100

4.6.4 彈性常數(shù)的計(jì)算102

第5章 分子動力學(xué)模擬105

5.1 分子動力學(xué)模擬的基本方法105

5.1.1 求解運(yùn)動方程106

5.1.2 初始構(gòu)型和邊界條件108

5.1.3 勢函數(shù)110

5.1.4 溫度與壓力的控制方法118

5.2 體系結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的計(jì)算121

5.2.1 熱力學(xué)量121

5.2.2 結(jié)構(gòu)性質(zhì)——徑向分布函數(shù)和結(jié)構(gòu)因子122

5.2.3 動力學(xué)及輸運(yùn)性質(zhì)123

5.3 分子動力學(xué)模擬軟件及其應(yīng)用125

5.3.1 MD計(jì)算軟件簡介125

5.3.2 Lammps軟件應(yīng)用基礎(chǔ)和實(shí)例128

第6章 有限元軟件Deform在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用154

6.1 Deform有限元分析軟件簡介154

6.2 基于Deform軟件的擠壓過程模擬155

6.3 基于Deform軟件的軋制過程模擬165

6.3.1 單板單道次同步軋制過程的有限元模擬166

6.3.2 單板單道次異步軋制過程的有限元模擬172

6.3.3 單板多道次軋制過程的有限元模擬173

6.3.4 多層板單道次軋制過程的有限元模擬174

6.4 基于Deform軟件的拉深過程模擬174

6.5 基于Deform軟件的沖裁過程模擬177

6.6 基于Deform軟件的微觀組織模擬181

6.7 基于Deform軟件的熱處理模擬184

6.8 基于Deform軟件的模具磨損模擬188

參考文獻(xiàn)192" 2100433B

本書介紹了計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用側(cè)重于介紹各種常用的計(jì)算模擬方法和應(yīng)用軟件使讀者能夠初步掌握如何在材料科學(xué)研究與工程實(shí)踐中使用計(jì)算模擬方法以及如何處理數(shù)據(jù)等 全書內(nèi)容包括數(shù)據(jù)處理、圖像處理、第一性原理計(jì)算及分子動力學(xué)模擬、有限元軟件應(yīng)用等 除了在介紹原子尺度模擬的兩章中講述了模擬原理之外其他均不贅述基本概念而是通過實(shí)例介紹相關(guān)軟件的使用使學(xué)生盡快地掌握軟件基本操作方法培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力本書可作為材料科學(xué)與工程各專業(yè)本科生及研究生教材也可供相關(guān)領(lǐng)域研究人員參考

鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用出版發(fā)行

據(jù)2019年5月28日中國知網(wǎng)顯示，《鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用》共出版文獻(xiàn)5587篇。

據(jù)2019年5月28日萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺顯示，《鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用》共載文5323篇、基金論文量為680篇。

鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用收錄情況

《鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用》被英國INSPEC、俄羅斯《文摘雜志》（AJ）、美國《劍橋科學(xué)文摘》（工程技術(shù)）（CSA）、美國《劍橋科學(xué)文摘》（自然科學(xué)）（CSA）、英國《科學(xué)文摘》（SA）、美國《烏利希期刊指南》、中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫、中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價(jià)數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫檢索機(jī)構(gòu)收錄。

鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用影響因子

據(jù)2019年5月28日中國知網(wǎng)顯示，《鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用》總下載399229次、總被引13298次，（2018版）復(fù)合影響因子為0.473、（2018版）綜合影響因子為0.313。

據(jù)2019年5月28日萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺顯示，《鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用》被引量為11268次、下載量為111110次；據(jù)2015年中國期刊引證報(bào)告（擴(kuò)刊版）數(shù)據(jù)顯示，該刊影響因子為0.27，在全部統(tǒng)計(jì)源期刊（6735種）中排第4683名，在自動化技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)類刊（94種）中排第68名。

鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用榮譽(yù)表彰

《鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用》是Caj-cd規(guī)范獲獎期刊。

第1章 緒論001

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用001

1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程001

1.1.2微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展004

1.2材料科學(xué)與工程的概念和內(nèi)容005

1.2.1涵蓋的基本內(nèi)容005

1.2.2材料的分類005

1.2.3材料的性能005

1.2.4基本要素005

1.3計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用簡介006

1.3.1計(jì)算機(jī)技術(shù)用于數(shù)值計(jì)算與模擬007

1.3.2計(jì)算機(jī)技術(shù)用于材料數(shù)據(jù)和圖像處理007

1.3.3計(jì)算機(jī)技術(shù)用于材料數(shù)據(jù)庫和知識庫007

1.3.4計(jì)算機(jī)技術(shù)用于材料設(shè)計(jì)008

1.3.5計(jì)算機(jī)技術(shù)用于材料性能表征與檢測008

1.3.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于材料科學(xué)研究009

第2章 數(shù)學(xué)模型及數(shù)值求解方法010

2.1數(shù)學(xué)模型的介紹010

2.1.1數(shù)學(xué)模型的含義010

2.1.2數(shù)學(xué)模型的分類011

2.1.3建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟和原則012

2.2常用的數(shù)學(xué)建模方法013

2.2.1機(jī)理分析法013

2.2.2模擬方法014

2.2.3類比分析法016

2.2.4數(shù)據(jù)分析法017

2.3數(shù)學(xué)模型的求解方法019

2.3.1有限差分法019

2.3.2有限元法025

思考題與上機(jī)操作題037

第3章 材料科學(xué)研究中主要物理場的數(shù)值分析的模擬038

3.1應(yīng)力場模型與計(jì)算038

3.1.1彈性力學(xué)基礎(chǔ)038

3.1.2應(yīng)力場的有限元計(jì)算041

3.1.3工字懸臂梁撓曲變形的模型建立與計(jì)算046

3.1.4開孔矩形板受荷載作用變形的模型建立與計(jì)算050

3.2溫度場模型與計(jì)算055

3.2.1熱傳遞的基本方式與導(dǎo)熱微分方程055

3.2.2初始條件與邊界條件058

3.2.3二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的有限差分求解059

3.2.4非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的有限差分求解061

3.2.5有限元法求解064

3.2.6發(fā)電廠煙囪溫度分布模型的建立與計(jì)算069

3.2.7短圓柱體熱傳導(dǎo)過程的模型建立與計(jì)算073

3.3濃度場模型與計(jì)算080

3.3.1擴(kuò)散控制模型081

3.3.2有限元求解082

3.3.3半限長鋼板碳擴(kuò)散情況的模型建立與計(jì)算085

3.3.4Hydrus介紹與實(shí)例091

思考題與上機(jī)操作題096

第4章 材料數(shù)據(jù)庫和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)099

4.1材料數(shù)據(jù)庫099

4.1.1數(shù)據(jù)庫的組成與結(jié)構(gòu)099

4.1.2材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫100

4.2專家系統(tǒng)101

4.2.1專家系統(tǒng)基本知識101

4.2.2材料科學(xué)與工程中專家系統(tǒng)舉例103

4.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用108

4.3.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)108

4.3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法與規(guī)則110

4.3.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用111

思考題與上機(jī)操作題114

第5章 材料科學(xué)與工程中的數(shù)據(jù)處理與分析115

5.1數(shù)據(jù)處理的基本理論115

5.1.1曲線擬合和最小二乘法115

5.1.2線性插值法120

5.2Origin軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用123

5.2.1Origin軟件介紹123

5.2.2Origin軟件的基本功能和使用方法124

5.2.3Origin在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用實(shí)例129

思考題與上機(jī)操作題140

第6章 材料科學(xué)與工程中的圖像處理142

6.1圖像與圖像處理142

6.2數(shù)字圖像的獲得途徑143

6.3Photoshop軟件進(jìn)行圖像處理與分析舉例143

6.3.1Photoshop六大基本功能144

6.3.2Photoshop圖例144

6.4MatLab軟件進(jìn)行圖像處理與分析舉例151

6.4.1MatLab的主要功能151

6.4.2基本操作151

6.4.3MatLab語言基礎(chǔ)153

6.4.4MatLab程序設(shè)計(jì)初步154

6.5Image J軟件進(jìn)行圖像處理與分析舉例156

6.5.1Image J的界面156

6.5.2圖片編輯與分析159

6.5.3測量和計(jì)數(shù)160

思考題與上機(jī)操作題163

第7章 正交試驗(yàn)方法在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用165

7.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理165

7.1.1正交表介紹166

7.1.2正交性原理167

7.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法168

7.3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用172

7.4正交試驗(yàn)的方差分析方法174

思考題與上機(jī)操作題178

第8章 分子動力學(xué)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用179

8.1分子動力學(xué)介紹179

8.1.1力場180

8.1.2分子動力學(xué)基本原理183

8.1.3分子動力學(xué)計(jì)算流程185

8.1.4分子動力學(xué)的一些基本算法186

8.1.5系綜的分類187

8.1.6周期性邊界條件188

8.1.7輸出軌跡分析188

8.2常用的分子動力學(xué)軟件191

8.2.1Lammps191

8.2.2Materials Studio192

8.2.3Materials Studio在材料科學(xué)中常用的模塊介紹192

8.3分子動力學(xué)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用舉例193

8.3.1Materials Studio算例193

8.3.2Lammps算例197

思考題與上機(jī)操作題203

第9章 Rietveld/XRD精修在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用206

9.1Rietveld/XRD方法介紹與基本理論206

9.1.1XRD衍射峰的理論計(jì)算206

9.1.2Rietveld定量精修210

9.1.3Rietveld結(jié)構(gòu)精修213

9.1.4Rietveld全譜擬合正確性數(shù)值判斷214

9.2Rietveld精修軟件——GSAS-EXPGUI介紹215

9.2.1軟件菜單欄界面介紹215

9.2.2軟件選項(xiàng)欄界面介紹219

9.3Rietveld定量精修在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用223

9.3.1基于標(biāo)樣SiO2-ZnO二元體系的精修策略和準(zhǔn)確性驗(yàn)證223

9.3.2水泥基材料的Rietveld精修定量策略226

參考文獻(xiàn)2322100433B

本書系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中應(yīng)用的基本理論、基本方法和相關(guān)應(yīng)用。全書內(nèi)容共分為9章，主要介紹了計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用概況；數(shù)學(xué)模型及數(shù)值求解的方法；應(yīng)力場、溫度場與濃度場這幾個(gè)典型物理場中的數(shù)值模擬方法；材料數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用；材料科學(xué)中數(shù)據(jù)、圖像的處理與分析方法；正交試驗(yàn)方法在材料科學(xué)中的應(yīng)用；分子動力學(xué)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用；Rietveld/XRD精修在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用等。本書在講解理論的基礎(chǔ)上，主要側(cè)重于應(yīng)用計(jì)算機(jī)的實(shí)際操作，翔實(shí)講解了上機(jī)實(shí)驗(yàn)中所需的各種軟件，使學(xué)生初步了解和掌握計(jì)算機(jī)知識在材料科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用思路和方法，注重培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

本書可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生及研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課程教材，也可供從事材料科學(xué)與工程研究的工程技術(shù)人員參考。