材料科学与工程中的计算机技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1．1 材料科学与工程 1

1．1．1 材料 1

1．1．2 材料科学的发展 1

1．1．3 材料科学的研究内容 2

1．1．4 材料科学与工程的特点 3

1．2 计算机在材料科学与工程中的应用 3

1．2．1 计算机用于材料设计 4

1．2．2 材料数据库 4

1．2．3 人工智能的应用 5

1．2．4 计算机模拟的应用 5

1．2．5 计算机在材料的组成和结构研究中的应用 6

1．2．6 计算机在材料性能表征和性能研究中的应用 7

1．2．7 材料工艺过程的优化及自动控制 7

参考文献 7

第2章 常用计算方法 8

2．1 迭代法解线性方程组 8

2．2 追赶法求解三对角线方程组 10

2．3 最小二乘法曲线拟合 11

2．3．1 最小二乘法原理 11

2．3．2 一元线性拟合 11

2．3．3 可化为一元线性回归的其他一元非线性拟合 13

2．3．4 二元线性拟合 14

2．3．5 多元线性回归 16

2．3．6 代数多项式拟合 18

2．4 三次样条插值函数 19

2．4．1 三次样条插值函数的定义 20

2．4．2 系数用基点处二阶导数表示所得到的三次样条函数表达式 20

参考文献 23

第3章 传热学计算机分析 24

3．1 传热学基本概念 24

3．1．1 导热 25

3．1．2 对流 25

3．1．3 热辐射 26

3．2 导热微分方程 26

3．2．1 导热微分方程的建立 26

3．2．2 初始条件及边界条件 28

3．3 导热问题的数值解法 29

3．3．1 有限差分法的数学基础及其几何意义 29

3．3．2 有限差分法的求解步骤 31

3．4 非稳态导热问题的有限差分格式 32

3．4．1 显式差分格式 33

3．4．2 完全隐式差分格式 33

3．4．3 六点差分格式(C—N格式) 34

3．4．4 带权差分格式 35

3．4．5 显示与隐式差分格式的比较 35

3．4．6 一维非稳态导热的完整描述 36

3．4．7 二维差分格式 37

3．5 热平衡法建立导热问题的有限差分格式 38

3．5．1 一维系统 39

3．5．2 二维系统 39

3．5．3 两种方法的比较 40

3．5．4 计算实例 40

3．6 圆柱坐标系导热问题的有限差分格式 41

3．6．1 一维系统 41

3．6．2 二维系统 42

参考文献 44

第4章 热处理工艺过程的计算机模拟 45

4．1 加热和冷却过程的计算机模拟 45

4．1．1 热处理过程中温度、相变和应力之间的关系 45

4．1．2 热处理过程中温度分布的计算 46

4．1．3 相变过程计算 46

4．1．4 应力计算 47

4．1．5 计算机模拟的应用 49

4．2 气体渗碳过程的数学描述 50

4．2．1 纯扩散模型 50

4．2．2 物质传递模型 51

4．3 菲克第二定律偏微分方程的数值解法 52

4．3．1 一维直角坐标菲克第二定律偏微分方程的数值解法 52

4．3．2 曲面渗碳过程的数值解法 54

4．3．3 球体渗碳过程的数值解法 57

4．3．4 计算渗碳碳浓度的通用程序 58

参考文献 60

第5章 计算机检测与控制系统 61

5．1 计算机检测与控制系统的组成和特点 61

5．1．1 计算机检测与控制系统的组成 61

5．1．2 计算机控制系统的分类 62

5．1．3 测控用计算机的分类及选择方法 64

5．2 计算机测控系统的输入输出部分 66

5．2．1 传感器 66

5．2．2 采样及其处理 67

5．2．3 模/数(A/D)转换 70

5．2．4 数/模(D/A)转换 70

5．2．5 输出信号调节器与执行器的匹配 71

参考文献 71

第6章 计算机在热处理设备和工艺控制中的应用 72

6．1 计算机在加热炉温度控制中的应用 72

6．1．1 计算机温度控制系统的构成 72

6．1．2 温度测量 73

6．1．3 温度控制 73

6．2 碳势控制原理 76

6．2．1 碳势 77

6．2．2 碳势控制原理 77

6．3 气氛分析仪表和计算机碳势控制系统 80

6．3．1 露点仪 80

6．3．2 红外气体分析仪 80

6．3．3 氧化锆氧探头测定氧量控制碳势 81

6．3．4 多参数微机碳势控制 83

6．3．5 电阻法控制碳势的原理及应用 84

6．3．6 碳势控制数学模型实例 85

6．4 氮化工艺的计算机控制 86

6．4．1 氮势及可控渗氮 86

6．4．2 可控渗氮微机氮势控制系统 88

参考文献 89

第7章 数据库和人工智能的应用 90

7．1 材料数据库及其应用 90

7．1．1 数据库技术 90

7．1．2 材料数据库的发展 91

7．1．3 材料数据库的应用 92

7．2 专家系统概述 94

7．2．1 专家系统及其特征 94

7．2．2 专家系统的类型 95

7．2．3 专家系统的构成 96

7．2．4 知识获取与推理 97

7．3 热处理工艺专家系统 98

7．3．1 热处理工艺专家系统的总体设计 98

7．3．2 热处理工艺方案和相应参数的确定和调整 99

7．3．3 热处理专家系统中知识库的扩充与维护 100

7．4 焊接裂纹预测及诊断专家系统 101

7．4．1 WCPDES的功能及结构 101

7．4．2 焊接裂纹预测知识库 103

7．4．3 焊接裂纹诊断知识库 104

7．5 人工神经网络技术及应用 104

7．5．1 人工神经网络 105

7．5．2 神经网络的学习方法及规则 107

7．5．3 神经网络的特点及应用 108

7．5．4 神经网络的构造方法 110

7．5．5 误差反传神经网络的构成和学习方法 111

7．6 人工神经网络在材料科学中的应用 112

7．6．1 材料设计与成分优化 112

7．6．2 材料智能加工与智能控制 114

7．6．3 材料加工工艺优化 115

7．6．4 相变规律预测 115

参考文献 117

第8章 计算机材料设计和相图计算 121

8．1 计算机材料设计 121

8．1．1 材料设计的发展 121

8．1．2 材料设计中的计算机模拟 122

8．1．3 材料设计专家系统 122

8．1．4 材料设计专家系统实例 124

8．2 计算机相图计算 125

8．2．1 相图计算原理 125

8．2．2 相图计算 128

8．2．3 相图合成 131

参考文献 131

第9章 材料微观结构的计算机模拟 132

9．1 概述 132

9．2 电子层次的模拟 133

9．2．1 能带结构计算 133

9．2．2 量子化学从头计算 134

9．3 原子/分子层次的计算机模拟 135

9．3．1 分子动力学方法 136

9．3．2 蒙特卡罗方法 136

9．3．3 边界条件 137

9．3．4 原子间相互作用势 137

9．4 断裂与晶粒长大的模拟 139

9．4．1 断裂的原子过程 139

9．4．2 晶粒长大的模拟 139

参考文献 140

附录 142