材料科學與工程中的計算機應用目錄

第1章 緒論1

1.1 計算機技術發(fā)展簡介1

1.2 材料科學與工程中常用的計算機技術3

1.2.1 計算機信息系統(tǒng)4

1.2.2 計算機模擬技術4

1.2.3 計算機檢測與控制技術6

1.2.4 計算機輔助設計與制造8

1.2.5 計算機數(shù)據(jù)與圖像處理技術9

第2章 數(shù)據(jù)處理11

2.1 Excel 軟件在材料科學實驗數(shù)據(jù)處理中的應用11

2.1.1 計算標準偏差11

2.1.2 粗差的剔除11

2.1.3 基于Excel的t檢驗與方差分析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處理正交設計數(shù)據(jù)（極差分析法）21

2.1.10 基于Excel構建均勻設計表構造22

2.2 Origin 軟件在材料科學實驗數(shù)據(jù)處理中的應用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軟件在材料科學實驗數(shù)據(jù)處理中應用實例30

2.2.4 利用Origin從圖里獲得原始數(shù)據(jù)50

2.2.5 Origin中相關的菜單英語單詞52

第3章 材料科學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 實現(xiàn)71

第4章 第一性原理計算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 第一性原理計算的常用軟件84

4.5.1 使用贗勢的計算軟件84

4.5.2 基于全電子方法的軟件86

4.6 幾個簡單的計算實例88

4.6.1 ELK和PWSCF程序的基態(tài)計算輸入文件88

4.6.2 結構優(yōu)化及結合能的計算92

4.6.3 晶體能帶結構的計算100

4.6.4 彈性常數(shù)的計算102

第5章 分子動力學模擬105

5.1 分子動力學模擬的基本方法105

5.1.1 求解運動方程106

5.1.2 初始構型和邊界條件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 體系結構與性質的計算121

5.2.1 熱力學量121

5.2.2 結構性質——徑向分布函數(shù)和結構因子122

5.2.3 動力學及輸運性質123

5.3 分子動力學模擬軟件及其應用125

5.3.1 MD計算軟件簡介125

5.3.2 Lammps軟件應用基礎和實例128

第6章 有限元軟件Deform在材料科學與工程中的應用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192" 2100433B

本書介紹了計算機技術在材料科學與工程中的應用側重于介紹各種常用的計算模擬方法和應用軟件使讀者能夠初步掌握如何在材料科學研究與工程實踐中使用計算模擬方法以及如何處理數(shù)據(jù)等 全書內容包括數(shù)據(jù)處理、圖像處理、第一性原理計算及分子動力學模擬、有限元軟件應用等 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例介紹相關軟件的使用使學生盡快地掌握軟件基本操作方法培養(yǎng)學生解決實際問題的能力本書可作為材料科學與工程各專業(yè)本科生及研究生教材也可供相關領域研究人員參考

鐵路計算機應用出版發(fā)行

據(jù)2019年5月28日中國知網(wǎng)顯示，《鐵路計算機應用》共出版文獻5587篇。

據(jù)2019年5月28日萬方數(shù)據(jù)知識服務平臺顯示，《鐵路計算機應用》共載文5323篇、基金論文量為680篇。

鐵路計算機應用收錄情況

《鐵路計算機應用》被英國INSPEC、俄羅斯《文摘雜志》（AJ）、美國《劍橋科學文摘》（工程技術）（CSA）、美國《劍橋科學文摘》（自然科學）（CSA）、英國《科學文摘》（SA）、美國《烏利希期刊指南》、中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫、中國學術期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫檢索機構收錄。

鐵路計算機應用影響因子

據(jù)2019年5月28日中國知網(wǎng)顯示，《鐵路計算機應用》總下載399229次、總被引13298次，（2018版）復合影響因子為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)知識服務平臺顯示，《鐵路計算機應用》被引量為11268次、下載量為111110次；據(jù)2015年中國期刊引證報告（擴刊版）數(shù)據(jù)顯示，該刊影響因子為0.27，在全部統(tǒng)計源期刊（6735種）中排第4683名，在自動化技術與計算機技術類刊（94種）中排第68名。

鐵路計算機應用榮譽表彰

《鐵路計算機應用》是Caj-cd規(guī)范獲獎期刊。

第1章 緒論001

1.1計算機的發(fā)展和應用001

1.1.1計算機的發(fā)展歷程001

1.1.2微型計算機的發(fā)展004

1.2材料科學與工程的概念和內容005

1.2.1涵蓋的基本內容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計算機在材料科學與工程中的應用簡介006

1.3.1計算機技術用于數(shù)值計算與模擬007

1.3.2計算機技術用于材料數(shù)據(jù)和圖像處理007

1.3.3計算機技術用于材料數(shù)據(jù)庫和知識庫007

1.3.4計算機技術用于材料設計008

1.3.5計算機技術用于材料性能表征與檢測008

1.3.6計算機網(wǎng)絡技術用于材料科學研究009

第2章 數(shù)學模型及數(shù)值求解方法010

2.1數(shù)學模型的介紹010

2.1.1數(shù)學模型的含義010

2.1.2數(shù)學模型的分類011

2.1.3建立數(shù)學模型的一般步驟和原則012

2.2常用的數(shù)學建模方法013

2.2.1機理分析法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

思考題與上機操作題037

第3章 材料科學研究中主要物理場的數(shù)值分析的模擬038

3.1應力場模型與計算038

3.1.1彈性力學基礎038

3.1.2應力場的有限元計算041

3.1.3工字懸臂梁撓曲變形的模型建立與計算046

3.1.4開孔矩形板受荷載作用變形的模型建立與計算050

3.2溫度場模型與計算055

3.2.1熱傳遞的基本方式與導熱微分方程055

3.2.2初始條件與邊界條件058

3.2.3二維穩(wěn)態(tài)導熱問題的有限差分求解059

3.2.4非穩(wěn)態(tài)導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算069

3.2.7短圓柱體熱傳導過程的模型建立與計算073

3.3濃度場模型與計算080

3.3.1擴散控制模型081

3.3.2有限元求解082

3.3.3半限長鋼板碳擴散情況的模型建立與計算085

3.3.4Hydrus介紹與實例091

思考題與上機操作題096

第4章 材料數(shù)據(jù)庫和人工神經網(wǎng)絡099

4.1材料數(shù)據(jù)庫099

4.1.1數(shù)據(jù)庫的組成與結構099

4.1.2材料科學與工程數(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材料科學與工程中專家系統(tǒng)舉例103

4.3人工神經網(wǎng)絡技術及其應用108

4.3.1人工神經網(wǎng)絡108

4.3.2神經網(wǎng)絡的學習方法與規(guī)則110

4.3.3神經網(wǎng)絡在材料科學與工程中的應用111

思考題與上機操作題114

第5章 材料科學與工程中的數(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)處理中的應用實例129

思考題與上機操作題140

第6章 材料科學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153

6.4.4MatLab程序設計初步154

6.5Image J軟件進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測量和計數(shù)160

思考題與上機操作題163

第7章 正交試驗方法在材料科學與工程中的應用165

7.1正交試驗設計的基本原理165

7.1.1正交表介紹166

7.1.2正交性原理167

7.2正交試驗設計的基本方法168

7.3正交試驗設計在材料科學與工程中的應用172

7.4正交試驗的方差分析方法174

思考題與上機操作題178

第8章 分子動力學在材料科學與工程中的應用179

8.1分子動力學介紹179

8.1.1力場180

8.1.2分子動力學基本原理183

8.1.3分子動力學計算流程185

8.1.4分子動力學的一些基本算法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常用的分子動力學軟件191

8.2.1Lammps191

8.2.2Materials Studio192

8.2.3Materials Studio在材料科學中常用的模塊介紹192

8.3分子動力學在材料科學與工程中的應用舉例193

8.3.1Materials Studio算例193

8.3.2Lammps算例197

思考題與上機操作題203

第9章 Rietveld/XRD精修在材料科學與工程中的應用206

9.1Rietveld/XRD方法介紹與基本理論206

9.1.1XRD衍射峰的理論計算206

9.1.2Rietveld定量精修210

9.1.3Rietveld結構精修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軟件選項欄界面介紹219

9.3Rietveld定量精修在材料科學與工程中的應用223

9.3.1基于標樣SiO2-ZnO二元體系的精修策略和準確性驗證223

9.3.2水泥基材料的Rietveld精修定量策略226

參考文獻2322100433B

本書系統(tǒng)地介紹了計算機在材料科學中應用的基本理論、基本方法和相關應用。全書內容共分為9章，主要介紹了計算機在材料科學中的應用概況；數(shù)學模型及數(shù)值求解的方法；應力場、溫度場與濃度場這幾個典型物理場中的數(shù)值模擬方法；材料數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)、人工神經網(wǎng)絡的應用；材料科學中數(shù)據(jù)、圖像的處理與分析方法；正交試驗方法在材料科學中的應用；分子動力學在材料科學與工程中的應用；Rietveld/XRD精修在材料科學與工程中的應用等。本書在講解理論的基礎上，主要側重于應用計算機的實際操作，翔實講解了上機實驗中所需的各種軟件，使學生初步了解和掌握計算機知識在材料科學領域中的應用思路和方法，注重培養(yǎng)學生利用計算機解決實際問題的能力，培養(yǎng)和引導學生的創(chuàng)新意識。

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