浅谈计算机在材料工程中的应用——毕业论文.doc

1、 2013 2014 学年度 第二 学期 计算机在材料工程中的应用 课程论文 题 目： 浅谈计算机在材料工程中的应用 系 别： 专业班级： 金属（铝深加工） 学 号： 姓 名 批阅教师： 成绩 浅谈 计算机在材料 工程 中的应用 摘 要 ： 计算机模拟技术在材料成形加工中的应用 ,使材料成形工艺从定性描述走向定量预测 ,为材料的加工及新工艺的研制提供理论基础和优选方案 ,从传统的经验试错法 ,推进到以知识为基础的计算试验辅助阶段 ,对于实现批量小、质量高、成本低、交货期短、生产柔性、环境友好的未来制造模式具有重要的意义。计算机模拟是未来材料成形制备工艺的必由之路 ,其发展趋势是多尺度模拟及集成

2、。 关键词 ： 模拟技术； 计算机技术 ； 材料科学 ； 应用 Discussion on Application of Computer in Materials Engineering Abstract: The computer simulation technology in the material forming processing application, causes the material forming craft to move towards the quota from the qualitative description to forecast that, p

3、rovides the rationale and the optimal plan for the material processing and the new craft development, from the traditional experience trial and error method, advances to take the knowledge as the foundation computation experiment assistance stage, regarding the realization batch small, the quality h

4、igh, the cost low, the date of delivery short, the production flexibility, the environment friendly future manufacture pattern will have the vital significance.The computer simulation will be the future material forming preparation craft way that must be taken, its trend of development will be the m

5、ulti-criterion simulation and the integration. Key words: Simulation technology; Computer technology; Materials science; Using 金属材料工程 是 以 实验 的 科学，实验是制备新材料和测定其结构和性能的直接手段。而由于计算机技术、计算理论的迅速发展，许多更加复杂、大型的计算成为可能，使得在材料研究领域 。 采用计算方法来研究材料的结构和性能，并指导实验研究成为一种新的研究方向。计算机模拟技术已广泛应用于包括材料液态成形、塑性成形、连接成形、高分子材料成形、粉末冶金成形、

6、复合材料成形等各种材料成形工艺领域。 一 计算机在材料科学中的应用领域 1 计算机用于新材料的设计 材料设计是指通过理论与计算预报新材料的组分、结构与性能，或者通过理论与设计来“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工方法。材料设计按照设计对象和所涉及的空问尺寸可分为电子层次、原子分子层次的微观结构设计和显微结构层次材料的结构设计。材料设计主要是利用人工智能、模式识别、计算机模拟、知识库和数据库等技术，将物理、化学理论和大批杂乱的实验资料沟通起来，用归纳和演绎相结合的方式对新材料的研制作出决策，为材料设计的实施提供行之有效的技术和方法。 2 材料科学研究中的计算机模拟 利用

7、计算机对真实系统模拟实验、提供模拟结果，指导新材料研究，是材料设计的有效方法之一。材料设计中 的计算机模拟对象遍及从材料研制到使用的过程，包括合成、结构、性能制备和使用等。计算机模拟是一种根据实际体系在计算机上进行的模拟实验。通过将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较，可以检验模型的准确性，也可以检验出模型导出的解析理论所作的简化近似是否成功，还可为现实模型和实验室中无法实现的探索模型做详细的预测并提供方法。 3 材料与工艺过程的优化及自动控制 材料加工技术的发展主要体现在控制技术的飞速发展，微机和可编程控制器(PLC)在材料加工过程中的应用正体现了这种发展和趋势。在材料加工过程中利用计算机技

8、术不仅 能减轻劳动强度，更能改善产品的质量和精度，提高产量。用计算机可以对材料加工工艺过程进行优化控制。例如在计算机对工艺过程的数学模型进行模拟的基础上，可以用计算机对渗碳渗氮全过程进行控制。在材料的制备中，可以对过程进行精确的控制，例如材料表面处理 (热处理 )中的炉温控制等。计算机技术和微电子技术、自动控制技术相结合，使工艺设备、检测手段的准确性和精确度等大大提高。控制技术也由最初的简单顺序控制发展到数学模型在线控制和统计过程控制，由分散的个别控制发展到计算机综合管理与控制，控制水平提高，可靠性得到充分保证。 4 计算机用于数据和图像处理 材料科学研究在实验中可以获得大量的实验数据，借助计

9、算机的存储设备，可以大量保存数据，并对这些数据进行处理 (计算、绘图，拟合分析 )和快速查询等。材料的性能与其凝聚态结构有密不可分的关系，其研究手段之一就是光学显微镜和电子显微镜技术，这些技术以二维图像方式表述材料的凝聚态结构。利用计算机图像处理和分析功能就可以研究材料的结构，从图像中获取有用的结构信息，如晶体的大小，分布，聚集方式等，并将这些信息和材料性能建立相应的联系，用来指导结构的研究。 二 计算机的具体应用 (1)液态金属充型过 程的计算机数值模拟金属液充型过程数值模拟的研究中多数采用 SO - LA - VOF ( Solution Algorithm) 法为基础 ,引入体积函数处理

10、自由表面 ,并在传热计算和流量修正等方面进行研究改进。有的研究在对层流模型进行大量试验验证之后 ,用 K - 双方程模型模拟充型过程的紊流现象。到目前为止 ,虽然已研究了许多算法 ,如 :并行算法、三维有限单元法、三维有限差分法、数值方法与解析方法混合的算法等 ,但尚没有最好的算法 ,各种算法各有优劣 ,应用的侧重点不同。 (2)凝固过程的数值模拟通过 铸件凝固过程数值模拟的计算 ,确定铸件内温度场 ,可以画出铸件在任意断面上的等温线分布 ,凝固前沿进程 ,以及等时线分布 ,或者以动态的方式显示铸件在三维方向上的凝固进程 ,以确定最后凝固的部位和分析产生缩孔、缩松缺陷的位置和大小 。目前 ,缩

11、孔、缩松定量预测的方法已经在铸造厂得以应用 ,并取得了良好的经济效益。 三 其他应用 (1)计算机模拟技术在腐蚀与防护领域的应用 (2)材料检测方面的应用 (3)金属粉末注射成形过程的计算机模拟 计算机作为一种现代工具，在当今世界的各个领域日益发挥着巨大作用。但由于材料科学研究领 域的广泛性和与多学科的相互渗透性。给计算机在材料科学中的应用带来了复杂性和特殊性。 1 新材料新台金的设计与开发，长期以来采用的是配方方法。它的基本原理是，从已有的大量数据、经验事实出发，利用现有的 各种不同结构层次的数学模型，如台金的成竹、组织、结构与性能关系的数学模型及相关数据理论 。 如固体与分子经验电子理论

12、。 量子理论等，通过计算机运算对比、推理思维来完成优选额台金、额村料的设计过程。 2 材料加工的自动化控制材料加工是指制造材料的各种手段以及处理过程。基本原理是 。 根据材料加工尺寸或性能要求向计算机输入丰 H 关数据，有时也需利用某种传感器探测相应信息 t 将得到的信息经过模，数 CA D1 转换器转换成数字信号输入计算机 。 计算机经过自己的程序处理 。 最后将处理后的数字信号再经数横 (D A n)换器变成谯拟信息 。 进而将模拟信息传输到其相应的执行设备以达到 3 自动控制效果 材料研究科学中的数据处理。计算机快速准确的计算功能正好满足了这些条件和要求，不仅准确度明显提高 。 且运算时

13、间仅需几秒钟。 4 材料行为工艺的计算机模拟 计算机模拟技术是利用计算机的计算推理和作图功能 。 根据事物的客观环境条什及本身性质规律 。 仿照实际情况米 推测预报可能出现情况的一九技术。 5 材料检测方面的应用 计算机在材料检测中的应用目前主要集中于材料的成分、组织结构与物相、物理性能的检测以及机械零部件的无损检测等方面。其基本方法是借助于某种探测器 。 将探测到的信号转化为数字信号传输到计算机里 然后通过程序员编制的相关程序对这些数字信号判断、处理后得到相应结果。 四 总 结 将来，计算机在材料方面将会有更大的应用，不仅仅是现在这些应用，社会随着时间的发展还会产生更多的应用，我们将在不断的

14、努力研究出更得更方便的实用东西，计算机在材料方面材会有更多的进步。材料科 学是多学科交又的新兴的发展不成熟的学科 ,目前对它的研究很大程度上还依赖于事实和经验的积累 ,系统地研究还需一个很长的过程。计算机作为一种现代工具 ,在当今世界的各个领域日益发挥巨大的作用 ,它己渗透到各门学科领域以及日常生活中成为现代化的标志。在材料领域 ,计算机也正在逐渐成为极其重要的工具 ,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。 参考文献 1周静 ， 顾少轩 ， 赵志宏 .“计算机在材料科学中的应用” .课程教学内容设计 .武汉理工大学 ,2001 2 黄万 . 计算机在材料科学中的应用 .包头钢铁设计研究总院 ,2005 3李伟 .计算机在材料科学中的应用 . 湖北财税职业学院信息工程系 ,武汉 ,2007 4 陈世柱 .快速原型技术及其在复合材料成形方面的应用 .中南大学材料科学与工程系 ,湖南长沙 ， 2002 5胡红军 ,杨明波 .“ 计算机在材料科学中应用 ” 课程教学设计 . 重庆工学院材料科学与工程学院 ,2007 6 曾令可 ,王慧 ,税安泽 ,刘平安 .全国统编教材 “计算机在材料科学与工程中的应用 “编写指导思想及特点 ,2008