计算机在材料学中的应用.docx

1、什么是材料设计？材料设计的包括哪几个层次？ 答：材料设计的思想源自于上世纪 50 年代，是指通过理论分析与计算预报新材料的组分、结构及性能，进而通过理论 设计来“ 定做” 具有特定性能的新材料。 材料设计一般可分为三个层次：电子层次、原子/分子层次和显微结构层次。 2、什么是计算机模拟？计算机模拟包含几个层次。 答：计算机模拟技术是一种根据实际体系在计算机上进行的模型实验，通过将模拟结果和实际体系的实验数据进行比 较，可以检验模型的准确性，也可以检验由计算模型得到的解析理论所作的简化近似是否成功。 计算机模拟可根据模拟对象的尺度范围而划分为若干层次：①电子层次(如电子结构)0.1～1nm②原子分子层次(如结构、 力学性能、热力学和动力学性能) 1～10nm ③微观结构层次(如晶粒生长、烧结、位错、极化和织构等) ～1μm ④宏 观层次(如铸造、焊接、锻造和化学气相沉积等) >1 μm 3、总结计算机在材料科学中的应用，至少 5 个方面。 答： 1.材料数据库：根据材料的成分、结构及性能构成一个庞大的信息系统，便于材料工作者查询和研究 2. 材料性能 表征和性能研究：使用计算机控制材料性能测试中的设备及仪表等测试系统， ，进行数据采集和处理 3. 计算机模拟：利用计 算机进行模拟和实际体系的实验数据进行比较，可以检验模拟的准确性等 4. 利用计算机网络，不同领域的材料科学研究这 可以相互交流，及时了解材料科学的发展动向，查阅文献，共享研究成果，进行技术交流等 5. 利用计算机中的软件对材料 数据、图像进行处理。 4、什么是数学建模，简述建立数学模型的基本步骤。 答：数学模型的建立，简称数学建模 数学建模是构造刻画客观事物原型的数学模型并用以分析、研究和解决实际问题的一种科学方法。 基本步骤：1 模型准备：了解实际背景、明确建模目的、搜集有关信息、掌握对象特征；2 模型假设：目的性原则、简明性 原则、真实性原则、全面性原则、在合理与简化之间作出折中；3 模型构成：用数学的语言、符号描述问题、发挥想像力、 使用类比法、尽量采用简单的数学工具；4 模型求解：各种数学方法、软件和计算机技术。5 模型分析：如结果的误差分析、 统计分析、模型对数据的稳定性分析。6 模型体验：如结果的误差分析、统计分析、模型对数据的稳定性分析。7 模型应用： 。 5、常用的数学模型建立有几种方法。 答：理论分析法：指应用自然科学中的定理和定律, 对被研究系统的有关因素进行分析、演绎、归纳 ，从而建立系统 的数学模型。 模拟方法：该模型的结构性质已经了解但求解相当的麻烦，可以用另一种系统，结构和性质与其相同，而且构造出的模型 也类似，就可以把后一种模型看成是原来模型的模拟，对后者进行求解。 类比分析法：若两个不同的系统，可以用同一种形式的数学模型来描述，则此两个系统就可以互相类比。 数据分析法：当系统的结构性质不大清楚，也不便于类比分析，就可以通过描述系统功能的数据分析来连接系统的结构模 型。 (主要用于测试分析) 6、简述 origin 软件的主要功能。 答：Origin 的主要功能包括数据分析和绘图。 数据分析包括数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能。绘图是基于模板的应用， 可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板等。 7、Origin 的数据分析功能包含哪些。 答：Origin 的数据分析包括数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能。 8、Origin 软件中，数据输入的方式。 答：Origin 可以直接接受从键盘录入的数据和对数据进行现场修改编辑，从已有的数据文件中读入数据则比较方便、 迅速和准确，尤其是在数据量很大的情况下，后者更有优越性。 9、Origin 软件中，数据编辑的方式。 答：删除数据：选定一个数据格。打开“Edit”下拉菜单，选择“Clear”命令，则该格置为空白(不是零) ；如果在 “Edit”菜单中，选择“Delete”命令，则该格被取消，下面行的相应格依次向上替补。 删除数据列(行)：选定一个数据数据列(行) ，打开“Edit”下拉菜单，选择“Clear”命令，则该列(行)为空白；如果 在“Edit”菜单中，选择“Delete”命令，则该列(行)被取消，由右边列(下面行)依次向左(上)替补。 修改数据：选定一个数据格，修改该项内容。 改变列的数据类型和属性：在每个数据列名称旁边的括弧中都标明了该列数据的属性，例如：X、Y 、Z、L(字符，Label)或无属性(没有括弧和标记)为了方便将数据集绘图，一个数据集中只能有一个 X 列(该列数据用于配置 X 轴) ，但是可以 有多个 Y 列、多个 Z 列和多个 L 列。数据类型有数值(Numeric)、字符(Text)、时间(Time)、日期(Date) 、月份(Month)、星期 (Day of Week) 等。在进行数据类型和属性操作时，首先要在数据页中，选定一个数据列。 改变数据属性：打开 Column 下拉菜单，选择相应的属性命令“Set as X” 、 “Set as Y” 、 “Set as Z” 、 “Set as Label”或者选择 “Disregard Column”命令不给定任何属性。 改变数据类型：打开 at 下拉菜单中“Column” 命令，在对话框的“option”一栏中选择相应的数据列型。 改变数据列的名称：打开 at 下拉菜单中“Column”命令，修改对话框的“Column Name”一栏。用这个方法可以将每 列的名称进行更改。 10、Origin 软件中，数据的保存方式。 答：以 ASCII 文本方式保存数据：在数据页中，打开“File”下拉菜单，选择“Export ASCII” 命令。选择驱动器、给定文件 的路径和文件名并确认后完成数据文件的保存。 以 Origin 的二进制方式保存数据：在“File”菜单中选择“Save”命令把数据文件更新保存(不改变原有的文件名) ， “Save As”命 令更名保存，后缀为.opj 。 11、简述有限元法的概念、数学思想、分析流程与一般解题步骤。答：有限元法概念：将区域离散化，以只在离散化有限小的单元内使试探函数满足定解问题要求并在单元内积分，代 替在全区域内满足要求与积分的条件，消除了古典变分法的局限性。 数学思想： 把求解区域划分成由许多小的在节点处相互连接的单元所构成，其模型给出基本方程的单元近似解的一种数值 计算方法。p35 有限元分析流程：离散结构(分为若干单元)→单元分析(建立单元刚度矩阵形成单元等价节点力)→系统分析(把单元刚 度矩阵集合成结构刚度矩阵形成等价节点荷载)→解综合方程( 求结构节点位移，计算结构内力和应力) 一般步骤：1. 结构离散化，将结构分成有限个小的单元体，单元与单元、单元与边界之间通过节点连接。2. 单元分析，通过 对单元的力学分析建立单元刚度矩阵。3. 整体分析。 12、请回答 Ansys 软件主要包括三个部分的名称和各部分的功能。答：1. 前处理：1 ) 建立有限元模型所需输入的资料，如节点、坐标资料、单元内节点排列次序 2) 材料属性 3 )