第1章 概述 1
1.1 材料科学进展与计算机应用技术 1
1.2 计算机在材料科学中的应用 2
1.2.1 计算机模拟技术用于材料行为工艺研究 2
1.2.2 计算机技术用于材料数据库和知识库 2
1.2.3 计算机技术用于材料设计 3
1.2.4 计算机技术用于材料加工控制 4
1.2.5 计算机技术用于材料性能表征与检测 5
1.2.6 计算机技术用于材料数据和图像处理 5
1.2.7 计算机网络技术用于材料科学研究 5
参考文献 6
第2章 材料科学研究中的数学模型及分析方法 7
2.1 数学模型基础及建模方法 7
2.1.1 数学模型基础 7
2.1.2 建立数学模型的一般步骤和原则 8
2.1.3 常用的数学建模方法 9
2.2 有限差分法 14
2.2.1 有限差分法简介 14
2.2.2 有限差分法数学基础 15
2.2.3 有限差分法解题基本步骤 17
2.2.4 有限差分法解题示例 18
2.2.5 商用有限差分软件简介 19
2.3 有限元法 20
2.3.1 有限元法简介 20
2.3.2 有限元法常用术语 21
2.3.3 有限元法数学基础 22
2.3.4 有限元分析基本步骤 23
2.3.5 有限元法解题示例 23
2.3.6 有限元软件简介 26
2.3.7 ANSYS有限元软件解题示例 30
2.4 蒙特卡洛方法 64
2.4.1 蒙特卡洛方法简介 64
2.4.2 蒙特卡洛模拟基本步骤 64
2.4.3 随机数的生成 66
2.4.4 蒙特卡洛法解题示例 67
2.5 分子动力学方法 68
2.5.1 分子动力学方法简介 68
2.5.2 分子动力学方法模拟基本步骤 69
2.5.3 势函数 70
2.5.4 边界条件 71
2.5.5 分子动力学积分算法 72
2.5.6 分子动力学中的系综 73
2.5.7 温度与压力的调节 73
2.5.8 宏观物理量的计算 74
2.5.9 分子动力学方法解题示例 75
2.5.10 分子动力学相关软件 77
2.6 人工神经网络方法 78
2.6.1 人工神经网络简介 78
2.6.2 人工神经网络基本结构 79
2.6.3 人工神经网络基本要素 79
2.6.4 误差反向传播神经网络（BP网络） 82
2.6.5 人工神经网络方法解题基本步骤 84
2.6.6 人工神经网络方法解题示例 86
习题及思考题 88
参考文献 91
第3章 材料科学研究中主要物理场的数值模拟 92
3.1 温度场的计算 92
3.1.1 导热方程与边界条件 92
3.1.2 平面温度场的有限元求解 94
3.2 应力场计算 95
3.2.1 弹性力学基础 95
3.2.2 弹性问题分析 98
3.3 电磁场计算 101
3.3.1 电磁场计算方法概述 101
3.3.2 合金材料制备中的电磁场计算 103
3.4 浓度场计算 106
3.4.1 扩散控制方程 106
3.4.2 浓度场的数值解法 107
习题及思考题 109
参考文献 110
第4章 材料数据库与专家系统 111
4.1 数据库技术 111
4.1.1 数据库技术的产生和发展 111
4.1.2 数据库数据的主要特征 112
4.1.3 数据库系统 112
4.1.4 数据库管理系统 113
4.2 材料科学与工程数据库 113
4.2.1 材料数据库的发展 113
4.2.2 材料数据库的应用 115
4.3 专家系统 116
4.3.1 专家系统发展历史 117
4.3.2 专家系统的构成及工作原理 117
4.3.3 专家系统中的知识获取与推理 118
4.3.4 专家系统的特征和类型 118
4.3.5 专家系统在材料科学与工程中应用 119
阅读资料 125
习题及思考题 126
参考文献 126
第5章 计算机辅助材料设计与模拟 127
5.1 材料设计概述 127
5.1.1 材料设计的定义、范围与层次 127
5.1.2 多尺度材料设计 128
5.2 材料设计基础 130
5.2.1 电子结构计算 130
5.2.2 材料热力学、动力学和相图计算 135
5.2.3 基于概率断裂力学的可靠性评价 140
5.3 材料设计软件及应用 143
5.3.1 量子化学第一性原理计算软件 143
5.3.2 材料热力学和相图计算软件 154
5.3.3 基于有限元分析和概率断裂力学的可靠性评价软件 164
5.4 计算机辅助材料设计与模拟举例 165
5.4.1 陶瓷材料的设计——掺杂TiO2光催化剂的电子结构的第一性原理研究 166
5.4.2 金属材料的设计——Ti2AlNb基合金的相结构设计 169
5.4.3 多场耦合应用实例——液态金属连续铸造工艺的多物理场模拟 170
习题及思考题 174
参考文献 175
第6章 材料加工过程的计算机控制 176
6.1 计算机控制概述 176
6.1.1 计算机控制的概念 176
6.1.2 计算机控制系统的结构和组成 177
6.1.3 计算机控制系统的分类 180
6.1.4 计算机控制系统的主要特点和基本要求 183
6.2 材料加工的计算机控制 184
6.2.1 加热炉温度控制 184
6.2.2 焊接过程的计算机控制 186
习题及思考题 190
参考文献 191
第7章 材料检测中的计算机应用 192
7.1 材料的物相及成分检测 192
7.1.1 X射线衍射分析 192
7.1.2 电子探针仪 193
7.1.3 光谱分析 195
7.2 材料的组织结构检测 196
7.2.1 定量金相分析 196
7.2.2 计算机仿真 197
7.3 材料的力学性能检测 199
7.3.1 万能材料试验机 199
7.3.2 冲击试验机 201
7.4 材料的物理性能测量 203
7.4.1 磁性测量中的计算机数据处理 203
7.4.2 超导材料特性曲线的计算机测量 205
7.4.3 金属熔点附近热物性参数的计算机测量 207
阅读资料 209
习题及思考题 210
参考文献 210
第8章 数据与图形图像处理过程中的计算机应用 211
8.1 数据与图像处理常用软件简介 211
8.1.1 Excel软件简介 211
8.1.2 Origin软件简介 218
8.1.3 Photoshop软件简介 224
8.1.4 MatLab图像处理工具箱简介 227
8.2 应用实例详解 230
8.2.1 数据处理实例 230
8.2.2 图形处理实例 235
8.2.3 图像处理实例 240
习题及思考题 241
参考文献 242
第9章 Internet与材料科学 243
9.1 Internet技术简介 243
9.2 Internet在材料科学中的应用 244
9.2.1 强大的搜索引擎 244
9.2.2 与材料科学相关的专业网站 245
9.2.3 文献检索 246
习题及思考题 252
第10章 实验设计与上机实践 253
10.1 材料合成加工工艺单指标正交实验设计与实现 253
10.1.1 实验目的 253
10.1.2 问题描述与分析 253
10.1.3 求解步骤 256
10.1.4 习题及思考题 258
10.2 用曲线拟合实现材料科学研究中的数学建模 262
10.2.1 实验目的 262
10.2.2 问题描述与分析 263
10.2.3 求解步骤 265
10.2.4 习题及思考题 267
10.3 材料学科中物理场的数值模拟 271
10.3.1 实验目的 271
10.3.2 问题描述与分析 271
10.3.3 求解步骤 272
10.3.4 习题及思考题 277
10.4 理想溶液二元相图计算 280
10.4.1 实验目的 280
10.4.2 问题描述与分析 280
10.4.3 求解步骤 281
10.4.4 习题及思考题 286
参考文献 287