计算机在材料科学中的应用

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1、计算机在材料科学中的应用1材料：是人类生产和生活水平提高的物质基础，是人类文明的重要支柱和进步的里程碑。220世纪60年代，被称为当代文明的三大支柱：A材料；B能源；C信息。370年代新技术革命的主要标志指：A新型材料；B信息技术；C生物技术。4材料的分类：根据组成：A金属材料；B无机非金属材料；C有机高分子材料；D复合材料。根据性能特征和作用：A结构材料；B功能材料。根据用途：A建筑材料；B能源材料；C电子材料；D耐火材料；E医用材料；F耐蚀材料。5材料的性质：是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，而这些性质终于要取决于材料的组成与结构。6使用性能：是材料在使用状态下表现出来的行为。7材料

2、的合成与制备过程的内容：A传统的冶炼、制粉、压力加工和焊接；B也包括各种新发展的真空溅射、气相沉积等新工艺。8材料科学飞速发展的重要原因之一：材料科学随着各种技术的更新而出现了高速发展的趋势，计算机在材料科学中的应用正是材料科学飞速发展的重要原因之一。9计算机在材料科学中的应用：A计算机用与新材料的设计；B材料科学研究中的计算机模拟；C材料工艺过程的优化及自动控制；D计算机用于数据和图像处理；E计算机网络在材料研究中的应用。10材料设计：设想始于20世纪50年代，是指通过理论与计算机预报新材料的组分、结构与性能，或者是通过理论设计来“订做”具有特定性能的新材料。按生产要求“设计”最佳的制备和加

3、工方法。11材料制备技术：A急冷；B分子束外延（MBD）；C有机金属化合物气相沉积；D离子注入；E微重力制备等。12材料设计的有效方法之一：利用计算机对真实的系统进行模拟“实验”、提供实验结果、指导新材料研究，是材料设计的有效方法之一。13材料设计中的计算机模拟对象遍及从材料研制到使用的全过程，包括合成、结构、性能、制备和使用等。14计算机模拟的优点：用计算机模拟比进行真实的实验要快、要省15计算机模拟是一种根据实际体系在计算机上进行的模型试验。16材料科学中的计算机模拟为计算机材料科学。17材料研究的分析和建模按传统方式可大致分为三类不同的领域；A被凝聚态物理学家和量子化学家处理的微观尺度范

4、围是最基本的模型，此时材料的原子结构起显著作用；B一类是在唯象的层次上，许多最复杂的分析在中间尺度上进行，即连续的模型；C最后是宏观尺寸，此时大块材料的性能被用作制造过程及使用模型的输入量。18计算机模拟也可根据模拟对象的尺度范围而划分为若干层次：A（0.1～1nm）电子层次（如电子结构）；B（1～10nm）原子分子层次（如结构、力学性能、热力学和动力学性能）；C（～1微米）微光结构层次（如晶粒生长、烧结、位错、极化和织构等）；D（1微米以上）宏观层次（如铸造、焊接、锻造和化学气相沉积等）。19计算机模拟已应用在材料科学的各个方面：包括分子液体和固体结构的动力学、水溶液和电解质、胶态分子团和胶

5、体、聚合物的结构、力学和动力学性质、晶体的复杂结构、点阵缺陷的结构和能力、超导体的结构、沸石的吸附和催化反应、表面的性质、表面的缺陷、表面的杂质、晶体生长、外延生长、薄膜的生长、液晶、有序-无序转变、玻璃的结构、粘度、蛋白质动力学、药物设计等。第一章材料科学研究中的数学模型1实体：我们通常把客观存在的事物及其运动形态统称为实体。2数学模型：就是利用数学语言对某种事物系统的特征和数量关系建立起来的符号系统。（广义理解）：凡是以相应的客观原型（即实体）作为背景加以一级抽象或多级抽象的数学概念、数学式子、数学理论等都叫做数学模型。（狭义理解）：那些反映特定问题或特定事物系统的数学符号系统就叫做数学模

6、型。3数学模型是为一定的目的对客观实际所作的一种抽象模拟，它用数学公式、数学符号、程序、图表等刻画客观事物的本质属性与内在联系，是对现实世界的抽象、简化而又本质的描述。它源于实践，却不是原型的简单复制，而是一种更高层次的抽象。它能够解释特定事物的各种显示形态，或者预测它将来的形态，或者能为控制某一事物的发展提供最优化策略，它的最终目标是解决实际问题。4数学模型的分类：Ⅰ按照人民对实体的认识过程来分：A描述性数学模型（从特殊到一般）；B解释性数学模型（从一般到特殊）。Ⅱ按照建立模型的数学方法分：A初等模型（指采用简单而且初等的方法建立问题的数学模型，该模型容易被更多的人理解接受和采用，更有价值。

7、它又包括a代数法建模；b图解法建模。）；B图论模型（指的是根据图论的方法，通过有点和边组成的图形为任何一个保护了某种二元关系的系统提供一个数学模型，并根据图的性质进行分析。）；C规划论模型；D微分方程模型（指的是在所研究的现象或过程中取一局部或一瞬间，然后找出有关变量和未知变量的微分（或差分）之间的关系，从而获得系统的数学模型。）；E最优控制模型；F随机模型（是根据概率论的方法讨论描述随机现象的数