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計算機技術(shù)在材料科學(xué)中的應用
材料科學(xué)作為發(fā)展尚未成熟的新興學(xué)科，目前其研究大多依靠事實(shí)及經(jīng)驗的積累，以下是小編搜集整理的一篇探究計算機在材料科學(xué)中的應用領(lǐng)域的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要
現如今，我國各產(chǎn)業(yè)都朝向精細化和完整化的趨勢發(fā)展，因此計算機技術(shù)的應用必不可少，且對其需求不斷提高。另一方面，應用于各領(lǐng)域的材料科學(xué)也逐漸引起人們的重視。在此背景下，本文綜合分析討論了計算機在材料科學(xué)中的應用領(lǐng)域，及其實(shí)際應用的方向，以期進(jìn)一步推進(jìn)計算機在材料科學(xué)中的發(fā)展。
關(guān)鍵詞
計算機、材料科學(xué)、應用
計算機作為電子信息時(shí)代的基本工具，在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域均起著(zhù)極為重要的作用，在材料科學(xué)的相關(guān)研究中發(fā)揮的作用也越來(lái)越重要，例如鋼鐵行業(yè)的測量高爐內的溫度、監控高爐內流體的運動(dòng)以及對高爐使用壽命的推測等都依賴(lài)于計算機的操控�，F如今我國各產(chǎn)業(yè)大多向精細化和完整化的趨勢發(fā)展，對計算機的需求不斷提高。由此，不難看出計算機在材料科學(xué)中的應用有著(zhù)廣闊的前景。那么，如何充分利用計算機使材料科學(xué)的研究發(fā)展達到一個(gè)新的高度呢?這就要求我們對計算機、材料科學(xué)以及二者關(guān)系有充分的認知，并認真分析探索計算機在材料科學(xué)研究領(lǐng)域的應用方向，結合計算機的優(yōu)勢，更好地發(fā)展材料科學(xué)。
1.計算機在材料科學(xué)中的應用領(lǐng)域
1.1計算機用于新材料的設計
通常情況下，新材料的設計與制作是通過(guò)理論分析和計算，對新材料的組成成分、結構外觀(guān)及性能等方面進(jìn)行預報，然后結合材料設計方案制作具有特定性能或結構的新材料。材料設計主要通過(guò)多次重復實(shí)驗，進(jìn)行大面積篩選的方式來(lái)完成的，時(shí)間周期較長(cháng)，且大量消耗人力、物力。因此，運用人工智能方法識別計算機中預先建立的知識庫、數據庫，歸納大批量的物理化學(xué)理論和實(shí)驗資料，并以此作為理論輔助，再結合實(shí)驗驗證的手段進(jìn)行材料設計的方法受到人們的青睞，是材料科學(xué)領(lǐng)域內進(jìn)行研究探索的主要方向。材料設計按照空間尺寸以及設計的對象，通常分為微觀(guān)設計層次、介觀(guān)設計層次、宏觀(guān)設計層級三個(gè)層級。其中，微觀(guān)設計層次的尺度大致為1nm數量級，屬于電子、原子或分子層次的微觀(guān)結構設計;介觀(guān)設計層次的尺度大致為1um數量級;宏觀(guān)設計層級的尺度與宏觀(guān)材料相對應。
1.2材料科學(xué)中的計算機模擬
現今，在許多新穎算法的模擬技術(shù)基礎上，利用具有強大計算能力的計算機，能夠大幅度提高材料科學(xué)中的細致程度和精確程度，可對物質(zhì)內部情況有更深層次的研究。因此，計算機在材料科學(xué)研究中的應用越來(lái)越受到重視，并衍生出計算材料科學(xué)這一學(xué)科。材料科學(xué)相關(guān)研究人員常應用計算機對真實(shí)系統進(jìn)行相關(guān)模擬實(shí)驗，并利用計算機所提供的模擬實(shí)驗結果，以展開(kāi)新材料的研究工作。另一方面，計算機模擬在材料科學(xué)中的應用十分廣泛，模擬對象涉及材料研制到材料使用的各個(gè)過(guò)程，例如材料合成、材料結構、材料性能以及制備和使用等。計算機模擬技術(shù)應用于材料科學(xué)研究中具有極大優(yōu)勢，不但可進(jìn)行各類(lèi)實(shí)驗的模擬，還可對材料內部微觀(guān)性質(zhì)、宏觀(guān)力學(xué)行為均有跟深層次的了解，且可在制備前提前預測新材料的性能，提供強大的理論指導。
1.3材料與工藝過(guò)程的優(yōu)化及自動(dòng)控制
在材料科學(xué)研究中，相關(guān)加工技術(shù)的發(fā)展主要通過(guò)控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步來(lái)體現，由電子計算機和可編程控制器等電子設備在材料加工過(guò)程中應用越來(lái)越廣泛便可明顯看出這一發(fā)展趨勢。在材料的加工制作過(guò)程中，充分使用計算機技術(shù)可有效降低勞動(dòng)強度，提高材料產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，同時(shí)增加產(chǎn)量。除此之外，還可通過(guò)計算機來(lái)優(yōu)化控制材料加工制備的工藝過(guò)程，例如，建立有關(guān)材料的工藝數學(xué)模型后，利用計算機對其進(jìn)行模擬，可通過(guò)計算機精確有效地控制滲碳滲氮的全過(guò)程。在材料制備過(guò)程中，可通過(guò)計算機精確控制相關(guān)制備過(guò)程，如在對材料表面進(jìn)行熱處理過(guò)程中，對爐溫進(jìn)行精確的自動(dòng)控制等。
1.4計算機用于數據與圖像處理
材料科學(xué)因其本身的特性，借助計算機的存儲功能、數據和圖像處理功能，可以在大量保存數據基礎上，對這些數據進(jìn)行高效的歸納、整理，例如計算、繪圖等。另外，可進(jìn)行快速查詢(xún)，如材料的性能與其聚集狀態(tài)的關(guān)系十分密切，通常需利用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡技術(shù)，以二維圖像的形式顯示材料的凝聚結構狀態(tài)。在此過(guò)程中，可利用計算機的圖像分析處理功能進(jìn)行材料功能的相關(guān)研究，獲取晶體大小、聚集方式等有效的結構信息，并將其與涉及的性能相聯(lián)系，對材料的結構研究具有指導意義。目前，存在大量進(jìn)行材料數據處理的軟件，如X衍射數據處理、最小二乘法數據處理、DPS數據處理、Origin、Excel等。
2.計算機在材料科學(xué)中的實(shí)際應用
2.1有效差分法
有限差分法是利用泰勒級數展開(kāi)等方式，用網(wǎng)格節點(diǎn)上的函數值的差商來(lái)代替控制方程中的導數，并利用此方法實(shí)現連續函數的離散化，并利用有限的、離散的數值代替原有的連續函數分布。
2.2材料數據庫與知識庫
因工程材料種類(lèi)多且特性強的特點(diǎn)，材料的組成成分、結構特點(diǎn)及特殊性能等信息共同構成了一個(gè)極為龐大的體系，給材料研究人員的查詢(xún)和研究工作帶來(lái)極大不便，因此利用計算機建立不同類(lèi)型的材料數據庫就顯得尤為重要。數據庫儲存具體的數據值，有智能查詢(xún)功能，便于材料工作者進(jìn)行查詢(xún);知識庫主要存儲規則、規律等信息，可通過(guò)相應的數理模型進(jìn)行推理、運算，提供材料的性能等方面的數據，便于工作者對材料性能的把控。
2.3材料科學(xué)研究中主要物理場(chǎng)的數值模擬
利用計算機可結合材料加工過(guò)程中的傳熱、力學(xué)問(wèn)題和內部原子的遷移等方面內容，進(jìn)行模擬場(chǎng)設計;并采用模擬場(chǎng)的方式，利用有限元分析法進(jìn)行“傳熱傳質(zhì)過(guò)程”的數值模擬。
3.結語(yǔ)
綜上所述，材料科學(xué)作為發(fā)展尚未成熟的新興學(xué)科，目前其研究大多依靠事實(shí)及經(jīng)驗的積累，沒(méi)有較為完備的系統。而計算機在材料科學(xué)中的充分應用，可使材料科學(xué)的研究發(fā)展更為系統化，達到一個(gè)新的高度。因此，科學(xué)研究工作者應提高對計算機、材料科學(xué)以及二者關(guān)系的認知，并認真分析探索計算機在材料科學(xué)研究領(lǐng)域的應用方向，結合計算機的優(yōu)勢，更好地發(fā)展材料科學(xué)。
參考文獻
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[2]盧百平，鐘仁顯.分子動(dòng)力學(xué)在材料科學(xué)中的應用[J].鑄造技術(shù)，2007，28(1)：146-148.
拓展閱讀：計算機技術(shù)在建筑材料檢測中的應用論文
摘要：
本文主要從收樣、數據采集、數據處理、監督過(guò)程等方面闡述了計算機技術(shù)在建筑材料檢測中的應用，并在此基礎上，提出了一些計算機網(wǎng)絡(luò )檢測技術(shù)在實(shí)際應用中的建議，希望夠為建筑材料檢測提供一定的幫助。
關(guān)鍵詞：
計算機技術(shù);建筑材料檢測;應用
引言
在建筑工程中，計算機系統的作用非常廣泛，尤其是在建筑工程的質(zhì)量監測方面。由于建筑工程的質(zhì)量與人民與社會(huì )的利益息息相關(guān)，所以，采用計算機技術(shù)對建筑材料進(jìn)行監測，可以有效的提高其準確度，保證建筑工程質(zhì)量。
1、計算機技術(shù)的技術(shù)原理與特點(diǎn)
計算機網(wǎng)絡(luò )應用于建材檢測的設計構架是以?xún)炔抗芾頌橹?zhù)手點(diǎn)，檢測的日常工作，建立檢測管理系統，設置記錄檢測狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò )監控系統跟蹤，依據業(yè)務(wù)需要實(shí)現廣域網(wǎng)的互聯(lián)。對于以上所敘述的管理內容，要想完全實(shí)現，就要解決網(wǎng)絡(luò )監控系統、檢測管理系統、實(shí)驗室間聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)的問(wèn)題。其中，檢測管理系統與試驗機及檢測中心內部各個(gè)作業(yè)部門(mén)的終端計算機聯(lián)系在一起，組成了整個(gè)檢測運行環(huán)境。檢測管理系統能夠完成對檢測試驗數據的完整處理，主要有原始數據的采集，試件的收登處理以及對測試數據按照國家有關(guān)的現行標準及規程進(jìn)行評定、處理。
計算機網(wǎng)絡(luò )管理系統的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾方面：全面實(shí)行保密操作，也就是對每位用戶(hù)設置權限，并且必須有相應的權限才可以進(jìn)入各模塊的操作;實(shí)現數據采集自動(dòng)化;具有實(shí)驗室所需要的基本管理和統計功能，也就是評定結果、自動(dòng)計算，打印已交費報告以及強大的統計和查詢(xún)功能;操作實(shí)行流水作業(yè)，完整再現檢測過(guò)程;為了確保數據的儲存和安全保護，要對系統進(jìn)行定期拷貝、備份。
2、計算機技術(shù)在建筑材料檢測中的應用
計算機技術(shù)在建筑材料中的應用包括收樣、數據采集、數據處理、對整個(gè)采集過(guò)程的監督出具報告等各個(gè)方面，下面是具體的分析：
2.1、收樣
一般是由收養人員下達的擁有相應數據的委托單，檢測人員根據委托單進(jìn)行材料檢測。在收樣階段，通過(guò)計算機技術(shù)的應用，使整個(gè)檢測工作具有系統性，整個(gè)工作的處于有效的工作狀態(tài)下，在進(jìn)行材料收樣時(shí)，對各個(gè)檢測材料可以進(jìn)行自主編號，這樣可以保證每個(gè)號碼的唯一性，避免因號碼重復帶來(lái)檢測數據的混亂。
2.2數據采集
在利用計算機進(jìn)行數據采集時(shí)，我們可以采用數據采集儀或者相類(lèi)似的數據采集設備，這類(lèi)采集設備精度高，采集數據密集有效，能保證采集數據的真實(shí)性。
2.3數據處理
數據處理是整個(gè)材料檢測中的關(guān)鍵一環(huán)，數據處理模塊包括眾多子系統，各個(gè)子系統應該具有數據采集、數據計算、數據判斷并生成檢測報告的功能。數據處理模塊的大小、復雜程度完全取決于子系統，一個(gè)數據處理模塊應該有若干個(gè)檢測數據分項和一個(gè)總體評價(jià)模塊組成建筑材料檢測數據處理系統由若干個(gè)子系統組成，每個(gè)子系統之間相互獨立互不影響。每個(gè)子系統都有數據輸入模塊，數據處理模塊、檢測結果輸出模塊、數據庫、查詢(xún)模塊等組成。對于建筑材料來(lái)說(shuō)，檢測的內容眾多常見(jiàn)的有：混凝土的抗壓強度、混凝土的配合比、混凝土的水灰比、鋼筋原材、鋼筋的焊接、混凝土的外加劑、混凝土的彈性模量、水泥的質(zhì)量等隨著(zhù)新產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代及先進(jìn)的科技水平的推進(jìn)，建筑材料的檢測數據系統也相應的發(fā)生改變，需要對檢測的指標和檢測內容進(jìn)行升級。
2.4監督過(guò)程
通過(guò)引入計算機控制系統，可以對材料檢測的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，計算機具有實(shí)時(shí)拍攝及存盤(pán)的功能，在檢測過(guò)程中或者檢測審查過(guò)程中可以及時(shí)的發(fā)現檢測問(wèn)題，對整個(gè)檢測過(guò)程進(jìn)行全面的追蹤。網(wǎng)絡(luò )監控系統主要對一些破壞性試驗項目如砂漿、混凝土、水泥等檢測項目的試件工作情況進(jìn)行拍攝，并且要求試件破壞過(guò)程與原始數據的生成曲線(xiàn)同步、對應。
2.5實(shí)驗室與實(shí)驗室之間的數據交換
實(shí)驗室與實(shí)驗室之間的數據交換是通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)現的，通過(guò)數據交換系統，技術(shù)人員能夠做到在不親臨現場(chǎng)的情況下對檢測工作進(jìn)行遠程監督，這樣不僅能節省工作人員的時(shí)間還能夠節約成本。目前，實(shí)驗室聯(lián)網(wǎng)的遠程數據交換系統有很多模式，但最常用和最經(jīng)濟的方式為使用SQL型數據交換系統，其最大的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)服務(wù)站點(diǎn)原有的C/S架構程序不用修改，只需增加數據交換系統就可以實(shí)現。其基本思想是在互聯(lián)網(wǎng)中設置轉發(fā)服務(wù)器，各站點(diǎn)通過(guò)轉發(fā)服務(wù)器交換數據。
2.6出具報告
在進(jìn)行檢出材料檢測時(shí)，要出具相關(guān)的檢測報告。計算機系統可以提供規范、標準的數據監測報告。數據監測報告是為工程建設過(guò)程中以及竣工后的質(zhì)量監測提供依據，所以，對數據的每次監測都要提供具有準確監測結果的數據報告給建筑單位。將監測數據以計算機可以識別的方式進(jìn)行錄入，并用相關(guān)的表格數據處理軟件，如excel等，計算機系統就可以按照固定的格式打印出數據監測報告，如果表格發(fā)生變化，計算機系統也會(huì )做出相應的格式變化，將數據監測報告按照統一的規范、標準進(jìn)行要求。
3、對計算機網(wǎng)絡(luò )檢測技術(shù)在實(shí)際應用中的幾點(diǎn)建議
3.1、建立科學(xué)試驗室管理制度
檢測試驗管理工作是建筑材料質(zhì)量測試過(guò)程重要環(huán)節，在計算機化管理過(guò)程中稍有疏忽將會(huì )導致系統數據全部錯亂或丟失。因此，科學(xué)建立試驗管理制度是實(shí)現計算機化管理的首要任務(wù)。在幾年的計算機化管理中，我站試驗室制訂出相應的《工作崗位責任制》，進(jìn)入試驗前的《儀器設備檢查制度》、《計算機操作及網(wǎng)絡(luò )運行檢查制度》，為防止中途計算機自動(dòng)錄入因停電或軟件出現故障而造成數據的丟失，配備相應的切合不間斷電源、數據自動(dòng)錄入電腦并打印(打印自動(dòng)錄入的當前數據)和光盤(pán)備份，使計算機系統處于一種更科學(xué)又安全的良好狀態(tài)下運行。
3.2、加強審核的自動(dòng)化程度
當前，檢測管理系統的操作中，由于“報告審核”還處在人工核查階段，所以在檢測業(yè)務(wù)較多的時(shí)候，工作量就會(huì )顯得非常大，再加上電腦屏幕顯示的特別多的信息內容，就造成報告錯誤難以識別，進(jìn)而使有著(zhù)較大的審核出錯率。因此，要加強檢測管理系統審核的自動(dòng)化程度，設置一些自動(dòng)更正功能或自動(dòng)識別功能，為審核人員自動(dòng)提示經(jīng)常出錯的情況或比較較明顯的異常檢測數據。
3.3、探索更合適的建材檢測軟件
目前，實(shí)驗室聯(lián)網(wǎng)使用較多的是利用互聯(lián)網(wǎng)中設置轉發(fā)服務(wù)器的方式，這種方式雖然經(jīng)濟方便，但是其傳輸技術(shù)不穩定，數據的安全性也不高，在實(shí)際運行中，當數據量很大時(shí)，整個(gè)傳輸路徑就會(huì )常常發(fā)生“阻塞”現象。例如，當計算機運作過(guò)程中出現故障時(shí)，計算機管理員不能對軟件進(jìn)行維護。電腦管理員只能依據軟件開(kāi)發(fā)商進(jìn)行維護，這樣就會(huì )很難及時(shí)進(jìn)行維護。除此以外，當客戶(hù)需要修改個(gè)別項目或增加個(gè)別項目功能時(shí)，沒(méi)能提供非常好的擴充接口。即使通過(guò)遠程進(jìn)行維護，其傳送和修改過(guò)程也非常費時(shí)費力。所以，現階段各軟件開(kāi)發(fā)部門(mén)應該探索更適合建材檢測特點(diǎn)、經(jīng)濟實(shí)惠又方便快捷的網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)。
結語(yǔ)
工程質(zhì)量與建筑材料的質(zhì)量有著(zhù)密切的關(guān)系，以此，必須保證建筑材料質(zhì)量，做好建筑工程材料檢測、實(shí)驗、與監督。在材料的檢測上，實(shí)驗室已經(jīng)相當完善，但是在實(shí)驗室的管理上還存在一些問(wèn)題，其數據無(wú)法保證真實(shí)性和準確性。計算機技術(shù)的引入為實(shí)驗室的管理提供了重要的依靠，使得實(shí)驗室的管理更加科學(xué)合理，數據更有保障。
參考文獻：
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