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绪论1

第1章　计算机在材料领域中的应用概述2

1.1　计算机与数值计算方法的进展2

1.1.1　计算机的发展2

1.1.2　材料物性理论和数值计算方法的进展2

1.1.3　计算机在材料科学领域中的应用3

1.2　材料计算与设计在新材料研究开发中的作用4

1.3　计算机与分子、原子设计5

1.4　材料设计与虚拟技术6

1.5　建立金相分析图文系统8

1.5.1 前言8

1.5.2 系统的设计8

1.6　高分子科学中的计算机模拟10

1.6.1　计算机模拟方法10

1.6.2　计算机模拟在高分子科学中的应用10

1.6.3 高分子结构与性能方面的模拟11

1.6.4 高分子应用方面的计算机模拟11

1.7　计算机模拟在无机材料科学中的应用12

1.8　扩散型相变的计算机模拟14

1.8.1 引言14

1.8.2　扩散型相变的计算机模拟原理14

1.8.3　模型建立和TTT曲线的计算机模拟17

1.8.4　模拟结果与分析19

第2章　计算机网络技术在材料领域中的应用20

2.1　计算机网络基本知识20

2.1.1　有关计算机网络技术的一些概念21

2.1.2　计算机互联网络结构23

2.1.3　计算机互联网的功能和应用领域24

2.1.4　计算机网络的使用方法25

2.1.5　计算机网络的功能26

2.1.6　万方数据库简介27

2.1.7　国家图书馆网上图书馆简介28

2.1.8　EI数据库网上简介31

2.1.9　SDOS数据库网上简介31

2.2　计算机远程材料科学与工程教学应用32

2.2.1　概述32

2.2.2　计算机网络化教学的形式和内容33

第3章　微型计算机的测试与控制系统36

3.1　采样及其处理36

3.1.1 采样周期Ts的选择37

3.1.2　采样方式37

3.1.3　数字滤波38

3.1.4　标度变换（工程量变换）40

3.1.5　非线性补偿40

3.2　控制方式和控制规律42

3.2.1 直接数字控制系统（DDC系统）42

3.2.2　计算机监督控制系统（SCC系统）42

3.2.3　分级控制系统43

3.3　测试与控制系统及仪表设备45

3.4　过程控制的数学模型46

3.4.1　经验法46

3.4.2　理论分析法46

第4章　工程常用数学的计算机处理51

4.1　误差分析51

4.1.1　粗大误差的剔除方法51

4.1.2　系统误差判别57

4.2　数值分析58

4.2.1　方程求根58

4.2.2　解方程组60

4.2.3　插值法62

4.2.4　最小二乘曲线拟合63

4.3　最优化方法65

4.3.1　一维搜索方法65

4.3.2　多维搜索方法66

第5章　计算机模拟基础68

5.1　计算机模拟的意义68

5.2　分子动力学方法的基本思想68

5.2.1 经典分子动力学方法70

5.2.2　恒温方法70

5.2.3　恒压方法71

5.3 固体的原子扩散72

5.4　晶体生长模拟74

第6章　蒙特卡罗方法75

6.1 引言75

6.2　蒙特卡罗方法基础77

6.2.1　概述77

6.2.2　随机过程78

6.3　蒙特卡罗模拟算法79

6.3.1 随机数的产生80

6.3.2　产生随机数的程序82

第7章　陶瓷材料设计85

7.1　陶瓷材料中有关设计的概念及方法论85

7.1.1　何谓材料设计85

7.1.2　材料设计的方法论87

7.1.3　特性设计及其方法问题88

7.1.4　考虑陶瓷结构的情况89

7.1.5　组分是主要特性的情况89

7.2　玻璃材料设计的数值计算法90

7.3 小结94

第8章　常用材料模拟软件简介95

8.1　大型通用有限元分析软件ANSYS95

8.2　材料性能模拟软件JMatPro96

8.2.1　JMatPro能够计算模拟的材料性能97

8.2.2　主要特点97

8.3　多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics（FEMLAB）98

8.4　工程仿真软件ALGOR介绍98

8.5　显式动力分析程序LS-DYNA100

8.5.1　LS-DYNA应用领域100

8.5.2　LS-DYNA的特点100

8.5.3　应用案例——金属成型100

8.6　板料冲压成形模拟软件DYNAFORM101

8.6.1　主要应用101

8.6.2　主要特色101

8.7　复合材料设计分析软件ESAComp101

8.8　Materials Studio102

第9章　T8钢淬火温度场模拟及硬度预测104

9.1　淬火及淬火的发展104

9.1.1　钢的淬火工艺104

9.1.2　数值模拟的特点及淬火过程计算机模拟的特点105

9.1.3 国内外淬火模拟领域研究动态106

9.2　淬火过程计算机数值模拟的基本原理108

9.2.1　有限元方法及ANSYS软件介绍108

9.2.2　温度场计算基本原理113

9.3　T8钢圆柱形试样淬火温度场的模拟过程及硬度预测116

9.3.1　本文淬火模拟条件117

9.3.2　T8钢温度场模拟的主要步骤118

9.4　结果分析119

9.4.1 温度场模拟结果及分析119

9.4.2　硬度预测124

第10章　计算机在金属材料中应用的综合设计实验举例126

10.1　概述126

10.2　固态金属的扩散的计算机模拟127

10.2.1　扩散理论127

10.2.2　钢的表面热处理131

10.2.3　渗碳钢及其性能133

10.3　钢铁渗碳的计算机模拟134

10.3.1　数学建模134

10.3.2　钢铁的渗碳工艺136

10.3.3　程序实现137

10.4　相变扩散连接界面金属间化合物生长的数值模拟140

10.4.1　概述140

10.4.2　理论基础141

10.4.3　数学模型145

10.4.4　程序实现149

10.5　合金设计中的计算机应用154

10.5.1　合金设计154

10.5.2　合金设计中计算机应用示例155

参考文献159

附录一　模拟系统源程序162

附录二　模拟系统源程序165