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计算机在材料科学与工程中的应用(张鹏)

计算机在材料科学与工程中的应用(张鹏)
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作者: 编 , 编 , 编
出版社: 化学工业出版社
2018-07
版次: 1
ISBN: 9787122317575
定价: 49.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 232页
正文语种: 简体中文
分类: 计算机与互联网
10 张插图图片
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  • 本书系统地介绍了计算机在材料科学中应用的基本理论、基本方法和相关应用。全书内容共分为9章，主要介绍了计算机在材料科学中的应用概况；数学模型及数值求解的方法；应力场、温度场与浓度场这几个典型物理场中的数值模拟方法；材料数据库、专家系统、人工神经网络的应用；材料科学中数据、图像的处理与分析方法；正交试验方法在材料科学中的应用；分子动力学在材料科学与工程中的应用；Rietveld/XRD精修在材料科学与工程中的应用等。本书在讲解理论的基础上，主要侧重于应用计算机的实际操作，翔实讲解了上机实验中所需的各种软件，使学生初步了解和掌握计算机知识在材料科学领域中的应用思路和方法，注重培养学生利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。 

    本书可作为材料科学与工程专业本科生及研究生的专业基础课程教材，也可供从事材料科学与工程研究的工程技术人员参考。 第1章 绪论001 

    1.1计算机的发展和应用001 

    1.1.1计算机的发展历程001 

    1.1.2微型计算机的发展004 

    1.2材料科学与工程的概念和内容005 

    1.2.1涵盖的基本内容005 

    1.2.2材料的分类005 

    1.2.3材料的性能005 

    1.2.4基本要素005 

    1.3计算机在材料科学与工程中的应用简介006 

    1.3.1计算机技术用于数值计算与模拟007 

    1.3.2计算机技术用于材料数据和图像处理007 

    1.3.3计算机技术用于材料数据库和知识库007 

    1.3.4计算机技术用于材料设计008 

    1.3.5计算机技术用于材料性能表征与检测008 

    1.3.6计算机网络技术用于材料科学研究009 

    第2章 数学模型及数值求解方法010 

    2.1数学模型的介绍010 

    2.1.1数学模型的含义010 

    2.1.2数学模型的分类011 

    2.1.3建立数学模型的一般步骤和原则012 

    2.2常用的数学建模方法013 

    2.2.1机理分析法013 

    2.2.2模拟方法014 

    2.2.3类比分析法016 

    2.2.4数据分析法017 

    2.3数学模型的求解方法019 

    2.3.1有限差分法019 

    2.3.2有限元法025 

    思考题与上机操作题037 

    第3章 材料科学研究中主要物理场的数值分析的模拟038 

    3.1应力场模型与计算038 

    3.1.1弹性力学基础038 

    3.1.2应力场的有限元计算041 

    3.1.3工字悬臂梁挠曲变形的模型建立与计算046 

    3.1.4开孔矩形板受荷载作用变形的模型建立与计算050 

    3.2温度场模型与计算055 

    3.2.1热传递的基本方式与导热微分方程055 

    3.2.2初始条件与边界条件058 

    3.2.3二维稳态导热问题的有限差分求解059 

    3.2.4非稳态导热问题的有限差分求解061 

    3.2.5有限元法求解064 

    3.2.6发电厂烟囱温度分布模型的建立与计算069 

    3.2.7短圆柱体热传导过程的模型建立与计算073 

    3.3浓度场模型与计算080 

    3.3.1扩散控制模型081 

    3.3.2有限元求解082 

    3.3.3半限长钢板碳扩散情况的模型建立与计算085 

    3.3.4Hydrus介绍与实例091 

    思考题与上机操作题096 

    第4章 材料数据库和人工神经网络099 

    4.1材料数据库099 

    4.1.1数据库的组成与结构099 

    4.1.2材料科学与工程数据库100 

    4.2专家系统101 

    4.2.1专家系统基本知识101 

    4.2.2材料科学与工程中专家系统举例103 

    4.3人工神经网络技术及其应用108 

    4.3.1人工神经网络108 

    4.3.2神经网络的学习方法与规则110 

    4.3.3神经网络在材料科学与工程中的应用111 

    思考题与上机操作题114 

    第5章 材料科学与工程中的数据处理与分析115 

    5.1数据处理的基本理论115 

    5.1.1曲线拟合和最小二乘法115 

    5.1.2线性插值法120 

    5.2Origin软件在数据处理中的应用123 

    5.2.1Origin软件介绍123 

    5.2.2Origin软件的基本功能和使用方法124 

    5.2.3Origin在数据处理中的应用实例129 

    思考题与上机操作题140 

    第6章 材料科学与工程中的图像处理142 

    6.1图像与图像处理142 

    6.2数字图像的获得途径143 

    6.3Photoshop软件进行图像处理与分析举例143 

    6.3.1Photoshop六大基本功能144 

    6.3.2Photoshop图例144 

    6.4MatLab软件进行图像处理与分析举例151 

    6.4.1MatLab的主要功能151 

    6.4.2基本操作151 

    6.4.3MatLab语言基础153 

    6.4.4MatLab程序设计初步154 

    6.5Image J软件进行图像处理与分析举例156 

    6.5.1Image J的界面156 

    6.5.2图片编辑与分析159 

    6.5.3测量和计数160 

    思考题与上机操作题163 

    第7章 正交试验方法在材料科学与工程中的应用165 

    7.1正交试验设计的基本原理165 

    7.1.1正交表介绍166 

    7.1.2正交性原理167 

    7.2正交试验设计的基本方法168 

    7.3正交试验设计在材料科学与工程中的应用172 

    7.4正交试验的方差分析方法174 

    思考题与上机操作题178 

    第8章 分子动力学在材料科学与工程中的应用179 

    8.1分子动力学介绍179 

    8.1.1力场180 

    8.1.2分子动力学基本原理183 

    8.1.3分子动力学计算流程185 

    8.1.4分子动力学的一些基本算法186 

    8.1.5系综的分类187 

    8.1.6周期性边界条件188 

    8.1.7输出轨迹分析188 

    8.2常用的分子动力学软件191 

    8.2.1Lammps191 

    8.2.2Materials Studio192 

    8.2.3Materials Studio在材料科学中常用的模块介绍192 

    8.3分子动力学在材料科学与工程中的应用举例193 

    8.3.1Materials Studio算例193 

    8.3.2Lammps算例197 

    思考题与上机操作题203 

    第9章 Rietveld/XRD精修在材料科学与工程中的应用206 

    9.1Rietveld/XRD方法介绍与基本理论206 

    9.1.1XRD衍射峰的理论计算206 

    9.1.2Rietveld定量精修210 

    9.1.3Rietveld结构精修213 

    9.1.4Rietveld全谱拟合正确性数值判断214 

    9.2Rietveld精修软件——GSAS-EXPGUI介绍215 

    9.2.1软件菜单栏界面介绍215 

    9.2.2软件选项栏界面介绍219 

    9.3Rietveld定量精修在材料科学与工程中的应用223 

    9.3.1基于标样SiO2-ZnO二元体系的精修策略和准确性验证223 

    9.3.2水泥基材料的Rietveld精修定量策略226 

    参考文献232
  • 内容简介:
    本书系统地介绍了计算机在材料科学中应用的基本理论、基本方法和相关应用。全书内容共分为9章，主要介绍了计算机在材料科学中的应用概况；数学模型及数值求解的方法；应力场、温度场与浓度场这几个典型物理场中的数值模拟方法；材料数据库、专家系统、人工神经网络的应用；材料科学中数据、图像的处理与分析方法；正交试验方法在材料科学中的应用；分子动力学在材料科学与工程中的应用；Rietveld/XRD精修在材料科学与工程中的应用等。本书在讲解理论的基础上，主要侧重于应用计算机的实际操作，翔实讲解了上机实验中所需的各种软件，使学生初步了解和掌握计算机知识在材料科学领域中的应用思路和方法，注重培养学生利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。 

    本书可作为材料科学与工程专业本科生及研究生的专业基础课程教材，也可供从事材料科学与工程研究的工程技术人员参考。
  • 目录:
    第1章 绪论001 

    1.1计算机的发展和应用001 

    1.1.1计算机的发展历程001 

    1.1.2微型计算机的发展004 

    1.2材料科学与工程的概念和内容005 

    1.2.1涵盖的基本内容005 

    1.2.2材料的分类005 

    1.2.3材料的性能005 

    1.2.4基本要素005 

    1.3计算机在材料科学与工程中的应用简介006 

    1.3.1计算机技术用于数值计算与模拟007 

    1.3.2计算机技术用于材料数据和图像处理007 

    1.3.3计算机技术用于材料数据库和知识库007 

    1.3.4计算机技术用于材料设计008 

    1.3.5计算机技术用于材料性能表征与检测008 

    1.3.6计算机网络技术用于材料科学研究009 

    第2章 数学模型及数值求解方法010 

    2.1数学模型的介绍010 

    2.1.1数学模型的含义010 

    2.1.2数学模型的分类011 

    2.1.3建立数学模型的一般步骤和原则012 

    2.2常用的数学建模方法013 

    2.2.1机理分析法013 

    2.2.2模拟方法014 

    2.2.3类比分析法016 

    2.2.4数据分析法017 

    2.3数学模型的求解方法019 

    2.3.1有限差分法019 

    2.3.2有限元法025 

    思考题与上机操作题037 

    第3章 材料科学研究中主要物理场的数值分析的模拟038 

    3.1应力场模型与计算038 

    3.1.1弹性力学基础038 

    3.1.2应力场的有限元计算041 

    3.1.3工字悬臂梁挠曲变形的模型建立与计算046 

    3.1.4开孔矩形板受荷载作用变形的模型建立与计算050 

    3.2温度场模型与计算055 

    3.2.1热传递的基本方式与导热微分方程055 

    3.2.2初始条件与边界条件058 

    3.2.3二维稳态导热问题的有限差分求解059 

    3.2.4非稳态导热问题的有限差分求解061 

    3.2.5有限元法求解064 

    3.2.6发电厂烟囱温度分布模型的建立与计算069 

    3.2.7短圆柱体热传导过程的模型建立与计算073 

    3.3浓度场模型与计算080 

    3.3.1扩散控制模型081 

    3.3.2有限元求解082 

    3.3.3半限长钢板碳扩散情况的模型建立与计算085 

    3.3.4Hydrus介绍与实例091 

    思考题与上机操作题096 

    第4章 材料数据库和人工神经网络099 

    4.1材料数据库099 

    4.1.1数据库的组成与结构099 

    4.1.2材料科学与工程数据库100 

    4.2专家系统101 

    4.2.1专家系统基本知识101 

    4.2.2材料科学与工程中专家系统举例103 

    4.3人工神经网络技术及其应用108 

    4.3.1人工神经网络108 

    4.3.2神经网络的学习方法与规则110 

    4.3.3神经网络在材料科学与工程中的应用111 

    思考题与上机操作题114 

    第5章 材料科学与工程中的数据处理与分析115 

    5.1数据处理的基本理论115 

    5.1.1曲线拟合和最小二乘法115 

    5.1.2线性插值法120 

    5.2Origin软件在数据处理中的应用123 

    5.2.1Origin软件介绍123 

    5.2.2Origin软件的基本功能和使用方法124 

    5.2.3Origin在数据处理中的应用实例129 

    思考题与上机操作题140 

    第6章 材料科学与工程中的图像处理142 

    6.1图像与图像处理142 

    6.2数字图像的获得途径143 

    6.3Photoshop软件进行图像处理与分析举例143 

    6.3.1Photoshop六大基本功能144 

    6.3.2Photoshop图例144 

    6.4MatLab软件进行图像处理与分析举例151 

    6.4.1MatLab的主要功能151 

    6.4.2基本操作151 

    6.4.3MatLab语言基础153 

    6.4.4MatLab程序设计初步154 

    6.5Image J软件进行图像处理与分析举例156 

    6.5.1Image J的界面156 

    6.5.2图片编辑与分析159 

    6.5.3测量和计数160 

    思考题与上机操作题163 

    第7章 正交试验方法在材料科学与工程中的应用165 

    7.1正交试验设计的基本原理165 

    7.1.1正交表介绍166 

    7.1.2正交性原理167 

    7.2正交试验设计的基本方法168 

    7.3正交试验设计在材料科学与工程中的应用172 

    7.4正交试验的方差分析方法174 

    思考题与上机操作题178 

    第8章 分子动力学在材料科学与工程中的应用179 

    8.1分子动力学介绍179 

    8.1.1力场180 

    8.1.2分子动力学基本原理183 

    8.1.3分子动力学计算流程185 

    8.1.4分子动力学的一些基本算法186 

    8.1.5系综的分类187 

    8.1.6周期性边界条件188 

    8.1.7输出轨迹分析188 

    8.2常用的分子动力学软件191 

    8.2.1Lammps191 

    8.2.2Materials Studio192 

    8.2.3Materials Studio在材料科学中常用的模块介绍192 

    8.3分子动力学在材料科学与工程中的应用举例193 

    8.3.1Materials Studio算例193 

    8.3.2Lammps算例197 

    思考题与上机操作题203 

    第9章 Rietveld/XRD精修在材料科学与工程中的应用206 

    9.1Rietveld/XRD方法介绍与基本理论206 

    9.1.1XRD衍射峰的理论计算206 

    9.1.2Rietveld定量精修210 

    9.1.3Rietveld结构精修213 

    9.1.4Rietveld全谱拟合正确性数值判断214 

    9.2Rietveld精修软件——GSAS-EXPGUI介绍215 

    9.2.1软件菜单栏界面介绍215 

    9.2.2软件选项栏界面介绍219 

    9.3Rietveld定量精修在材料科学与工程中的应用223 

    9.3.1基于标样SiO2-ZnO二元体系的精修策略和准确性验证223 

    9.3.2水泥基材料的Rietveld精修定量策略226 

    参考文献232
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