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第一章 绪论 1

1.1 材料科学与工程 1

1.1.1 材料科学的研究领域及特点 1

1.1.2 材料科学的研究方法和手段 1

1.2 现代计算机技术与应用 2

1.2.1 现代计算机技术的发展 2

1.2.2 计算机技术的应用范围及特点 2

1.2.3 计算机硬件与软件 3

1.2.4 计算机的操作系统 4

1.3 材料科学与工程中的计算机应用 4

1.3.1 计算机技术在材料设计中的应用 4

1.3.2 材料科学与工程中的数据库 4

1.3.3 人工智能（AI）理论与材料科学 5

1.3.4 计算机模拟在材料科学中的应用 6

1.3.5 计算机用于材料性能检测 7

1.3.6 材料成型过程中的计算机应用 7

参考文献 9

第二章 材料价电子结构及性能的计算机分析 11

2.1 价电子理论基础 11

2.1.1 原子的结构与键合 11

2.1.2 余氏理论 14

2.1.3 程氏理论 19

2.1.4 余氏理论与程氏理论之间的关系 20

2.2 合金电子结构在合金成分设计中的应用 21

2.2.1 相结构因子 21

2.2.2 相结构因子与热力学相变的关系 22

2.2.3 界面结合因子 22

2.2.4 界面的电子结构与力学性能的关系 24

2.2.5 相结构因子和界面结合因子在合金设计中的应用 24

2.3 计算机在合金电子结构计算中的应用 25

2.3.1 计算机在合金相空间电子结构计算的应用 25

2.3.2 合金相界面电子结构计算 27

2.4 计算机辅助合金成分设计实例 31

2.4.1 耐磨材料的设计 31

2.4.2 低合金超高强度钢成分设计 34

参考文献 39

第三章 材料科学中的计算机模拟 41

3.1 计算机模拟概述 41

3.1.1 计算机模拟的历史 41

3.1.2 计算机模拟的研究范畴 43

3.1.3 材料研究的主要模拟技术 43

3.2 蒙特卡罗模拟方法 45

3.2.1　MC方法的发展 45

3.2.2　MC方法基础 46

3.2.3　MC方法在材料科学领域的应用 49

3.3 分子动力学模拟方法 51

3.3.1　MD方法的发展 51

3.3.2　MD方法基础 52

3.3.3　MD方法在材料科学领域的应用 55

3.4 元胞自动机模拟方法 59

3.4.1　CA方法概述 59

3.4.2　CA方法在材料科学领域中的应用 61

3.5 有限差分法与有限元法 64

3.5.1 有限差分方法 64

3.5.2 有限元法 68

参考文献 81

第四章 材料科学与工艺过程的计算机应用 82

4.1 计算机在材料组织转变过程中的应用 82

4.1.1 TTT和CCT曲线 82

4.1.2 TTT（等温转变）曲线的模拟 83

4.1.3 CCT（连续冷却转变）曲线的模拟 85

4.2 相图及其计算 88

4.2.1 相图计算原理 88

4.2.2 采用计算机计算相图 89

4.2.3 计算相图软件简介 95

4.3 计算机在金属热加工工艺中的应用 99

4.3.1 加热和冷却过程中相变与温度及应力之间的关系 99

4.3.2 加热和冷却过程中温度的分布计算 100

4.3.3 加热和冷却过程中溶质浓度的分布计算 103

4.3.4 金属固态相变过程的计算问题 105

参考文献 106

第五章 材料研究中的计算机控制与检测系统 108

5.1 计算机控制系统基础 108

5.1.1 计算机控制系统的构成 108

5.1.2 计算机控制系统的分类 110

5.1.3 用于工业控制的计算机分类及选择方法 111

5.1.4 计算机测控系统的输入输出部件 113

5.2 材料热加工设备的计算机控制 113

5.2.1 温度测量与控制 113

5.2.2 碳势控制原理 115

5.2.3 氮化工艺的计算机控制 116

5.3 用于材料检测的电子显微镜 117

5.4 材料组织结构的检测 118

5.4.1 金相图像分析系统 118

5.4.2 材料缺陷的计算机分析 120

5.4.3 材料显微组织的计算机仿真 121

5.5 计算机在材料性能检测中的应用 123

5.5.1 差热分析系统（DSC） 123

5.5.2　X-射线衍射系统 124

5.5.3 材料试验机中的计算机辅助测试系统 126

参考文献 127

第六章 材料科学中的数据库及人工智能的应用 129

6.1 数据库技术 129

6.1.1 数据库技术的发展 129

6.1.2 数据库系统中的数据模型 130

6.1.3 数据库系统结构及其特点 131

6.1.4 工程数据库特点及其应用 131

6.2 材料科学领域的数据库 132

6.2.1 材料数据库的特点及发展现状 132

6.2.2 工业部门对材料数据库的需求 133

6.2.3 常用合金钢数据库的设计与实现 134

6.2.4 用于分析物质结构的PDF检索系统 140

6.2.5 数据库技术在材料成型领域中的应用 144

6.3 专家系统及其在材料科学中的应用 145

6.3.1 专家系统构成及工作原理 145

6.3.2 专家系统的特点及类型 146

6.3.3 材料领域应用的专家系统 147

6.3.4 典型专家系统发展与应用 150

6.4 人工神经网络技术及其在材料科学中的应用 153

6.4.1 人工神经网络基本理论 154

6.4.2 人工神经网络在材料科学中的应用 156

6.4.3 人工神经网络应用于材料领域的现存问题及展望 161

参考文献 161

第七章 材料科学研究中的数据与图像处理 163

7.1 利用Origin 7.0进行数据处理 163

7.1.1　Origin 7.0基础 163

7.1.2　Origin 7.0数据操作 165

7.1.3 图形绘制 168

7.1.4 曲线拟合 174

7.1.5　Origin 7.0在材料科学研究中的应用举例 176

7.2 计算机图像处理在材料科学研究中的应用 181

7.2.1 图像处理基础 181

7.2.2 利用Photoshop对材料图像分析与处理 181

7.2.3 体视学与图像分析技术在材料科学中的应用 183

7.2.4 分形理论及其在材料科学中的应用 186

参考文献 188