計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用

前言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)三大材料（金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料）的認(rèn)識(shí)不再是獨(dú)立的，它們之間相互滲透，其聯(lián)系更密切、更透明，有些甚至無(wú)法分開(kāi)。材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科專(zhuān)業(yè)的寬口徑概念愈來(lái)愈適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要。為此，2002年5月在武漢理工大學(xué)出版社召開(kāi)了普通高等學(xué)校材料科學(xué)與工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)新編系列教材建設(shè)規(guī)劃與出版工作會(huì)議，為了使材料科學(xué)與工程大專(zhuān)業(yè)以及相關(guān)材料專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用有比較全面的了解，決定編輯出版這本教材?！　∮?jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已改變著世界，對(duì)整個(gè)人類(lèi)文明和社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生著極其深刻的影響。材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也與計(jì)算機(jī)的發(fā)展應(yīng)用分不開(kāi)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對(duì)材料科學(xué)與工程中的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，已給材料產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。而且，隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也日臻顯著。為了進(jìn)一步推動(dòng)和促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用和實(shí)踐，為了使材料類(lèi)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用有更多的了解，本書(shū)作者結(jié)合多年來(lái)的教學(xué)和科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，編寫(xiě)了《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用》這一教材。該書(shū)從一級(jí)學(xué)科出發(fā)，比較全面而系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，本書(shū)編寫(xiě)的原則是：　　（1）結(jié)合材料科學(xué)領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)應(yīng)用的特點(diǎn)，做到專(zhuān)業(yè)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用之間的溝通，重在應(yīng)用；既要考慮材料專(zhuān)業(yè)各個(gè)研究方向的共性，又要兼顧材料科學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛性和各學(xué)科的相互滲透給計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用所帶來(lái)的復(fù)雜性和特殊性?！　。?）以三大材料應(yīng)用中的例子進(jìn)行介紹，既適應(yīng)三大專(zhuān)業(yè)學(xué)生的需求，又可適應(yīng)其他相關(guān)材料專(zhuān)業(yè)學(xué)生的使用。　?。?）書(shū)中內(nèi)容較廣泛，既要保證本書(shū)的完整性和系統(tǒng)性，又要避免與有關(guān)課程內(nèi)容的重復(fù)?！　。?）2,-4；為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的入門(mén)教材，主要目的是啟迪學(xué)生的應(yīng)用思維，故應(yīng)用中所涉及到的計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的理論知識(shí)或相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)理論，盡量避免過(guò)多、過(guò)深?！　。?）本教材主要是針對(duì)材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生，為了達(dá)到推廣計(jì)算機(jī)應(yīng)用的目的，太求內(nèi)容也可作為材料類(lèi)碩士研究生或相關(guān)專(zhuān)業(yè)大專(zhuān)生使用。

內(nèi)容概要

　　為適應(yīng)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)需要，《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用》有針對(duì)性地選擇材料科學(xué)與工程中計(jì)算機(jī)應(yīng)用的共性,兼顧材料科學(xué)與工程研究領(lǐng)域的廣泛性、前瞻性和多學(xué)科滲透的特殊性，選擇有代表性的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行介紹。主要內(nèi)容包括：數(shù)值模擬中應(yīng)用基礎(chǔ)有限差分法和有限元法，物理場(chǎng)分析中的溫度場(chǎng)及濃度擴(kuò)散場(chǎng)分析，計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程控制中以及在企業(yè)管理中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專(zhuān)家系統(tǒng)等?！队?jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用》可作為高等學(xué)校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，包括有機(jī)材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、金屬材料類(lèi)以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)方向的本科生、低年級(jí)碩士研究生的教材或教學(xué)參考書(shū)，也可供廣大科技人員或工程管理人員閱讀參考。

書(shū)籍目錄

1　常用計(jì)算方法和數(shù)值模擬基礎(chǔ)1.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)I1.1.1 Z交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理1.1.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法1.1.3 多指標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析方法1.1.4 水平不同的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.1.5 有交互作用的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.1.6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方差分析方法1.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)1.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)插值方法1.2.2 曲線(xiàn)擬合與最小二乘法1.3 高斯消去法求解線(xiàn)性代數(shù)方程組的解法本章小結(jié)思考題與習(xí)題2　材料科學(xué)與工程中的物理場(chǎng)計(jì)算機(jī)分析2.1 溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)分析2.1.1 傳熱學(xué)及溫度場(chǎng)基本概念2.1.2 導(dǎo)熱微分方程2.1.3 導(dǎo)熱微分方程初始條件與邊界條件2.1.4 平面穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的有限差分求解2.1.5 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的有限差分求解2.2 濃度場(chǎng)計(jì)算2.2.1 擴(kuò)散方程2.2.2 擴(kuò)散方程的數(shù)值解本章小結(jié)思考題與習(xí)題3　計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程控制中的應(yīng)用3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念3.1.1 在線(xiàn)控制系統(tǒng)和離線(xiàn)控制系統(tǒng)3.1.2 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)3.1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)3.1.4 直接數(shù)字控制系統(tǒng)3.1.5 監(jiān)督控制系統(tǒng)3.2 以微機(jī)為核心的工業(yè)控制系統(tǒng)的組成原理及功能特點(diǎn)3.2.1 以微機(jī)為核心的工業(yè)控制系統(tǒng)組成3.2.2 硬件部分3.2.3 軟件部分3.2.4 控制系統(tǒng)的基本功能和主要特點(diǎn)3.3 過(guò)程通道和數(shù)據(jù)采集3.3.1 輸入和輸出過(guò)程通道3.3.2 模擬量輸入、輸出通道信號(hào)的處理3.3.3 過(guò)程通道的干擾及其抑制3.4 直接數(shù)字控制3.4.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)3.4.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律3.5 模糊控制系統(tǒng)特點(diǎn)及建立過(guò)程3.5.1 模糊控制的特點(diǎn)3.5.2 模糊控制系統(tǒng)的建立3.6 多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)3.7 集散控制系統(tǒng)及應(yīng)用3.7.1 集散控制系統(tǒng)的組成框圖3.7.2 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)3.7.3 集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式3.7.4 集散控制系統(tǒng)應(yīng)用3.8 控制管理一體化3.8.1 管理與控制分層結(jié)構(gòu)3.8.2 一體化結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn)3.8.3 應(yīng)用前景3.9 虛擬儀器3.9.1 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)、組成及特點(diǎn)3.9.2 虛擬儀器的應(yīng)用本章小結(jié)思考題與習(xí)題4　計(jì)算機(jī)在企業(yè)管理中的應(yīng)用4.1 管理信息系統(tǒng)概念4.1.1 管理信息的定義4.1.2 管理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4.1.3 管理信息系統(tǒng)在企業(yè)管理中的應(yīng)用4.2 信息系統(tǒng)技術(shù)4.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)4.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)4.2.3 材料數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用4.2.4 生產(chǎn)、技術(shù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用4.2.5 決策支持系統(tǒng)4.3 企業(yè)管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)4.3.1 系統(tǒng)分析4.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.3.3 系統(tǒng)的實(shí)施、運(yùn)行與評(píng)價(jià)4.3.4 企業(yè)管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例——鑄造企業(yè)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)本章小結(jié)思考題與習(xí)題5　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)5.1 CAD技術(shù)5.1.1 CAD技術(shù)簡(jiǎn)介5.1.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的新技術(shù)5.1.3 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)5.1.4 計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)5.1.5 計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)5.1.6 計(jì)算機(jī)在設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用5.2 計(jì)算機(jī)在材料設(shè)計(jì)和相圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用5.2.1 材料設(shè)計(jì)的發(fā)展5.2.2 相圖設(shè)計(jì)原理5.2.3 相圖計(jì)算及合成5.3 材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模擬5.3.1 原子／分子層次的計(jì)算機(jī)模擬5.3.2 斷裂與晶粒長(zhǎng)大的模擬5.3.3 材料模擬軟件及其在材料科學(xué)中的應(yīng)用本章小結(jié)思考題與習(xí)題6 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用6.1 ANN概述6.1.1 生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)6.1.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）6.1.3 ANN發(fā)展史6.1.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)6.1.5 學(xué)習(xí)算法的種類(lèi)6.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)算法及其設(shè)計(jì)6.2.1 BP網(wǎng)絡(luò)模型與結(jié)構(gòu)6.2.2 BP學(xué)習(xí)規(guī)則6.2.3 BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)6.2.4 BP網(wǎng)絡(luò)的限制與不足6.2.5 反向傳播法的改進(jìn)方法6.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料科學(xué)中的應(yīng)用6.3.1 材料的設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)6.3.2 在無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)中的應(yīng)用6.3.3 在有機(jī)材料工業(yè)中的應(yīng)用6.3.4 在金屬材料工業(yè)中的應(yīng)用6.4 專(zhuān)家系統(tǒng)及其在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用6.4.1 專(zhuān)家系統(tǒng)及其特點(diǎn)6.4.2 專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型6.4.3 專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)成6.4.4 專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)6.4.5 材料科學(xué)工程的一些專(zhuān)家系統(tǒng)6.4.6 專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展展望本章小結(jié)思考題與習(xí)題附錄附錄A附錄B附錄C計(jì)算程序參考文獻(xiàn)

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