计算机在材料工程中的应用(1章)
计算材料-第一性原理
第三章 计算材料学-第一性原理及应用
材料计算模拟的尺度
计算机在材料科学与工程中的应用
第三章 计算材料学-第一性原理及应用
典型模拟方法及所对应的模拟尺度
材料电子结构模拟-第一性原理 材料原子层次模拟-分子动力学 材料介观层次模拟-相场动力学 材料宏观层次模拟-有限元法
计算机在材料科学与工程中的应用
第三章 计算材料学-第一性原理及应用
多粒子体系的第一性原理
材料的性质（如硬度、电磁和光学性质）和发生在固体内 的物理和化学过程是由它所包含的原子核及其电子的行为 决定的。
理论上，给定一块固体化学成分（即所含原子核的电荷和 质量），我们就可以计算这些固体的性质。因为一块固体 实际上是一个多粒子体系。决定这个体系性质的波函数可 以通过解薛定谔（Schrödinger）波动方程来获得。
计算机在材料科学与工程中的应用
第三章 计算材料学-第一性原理及应用
计算材料学用途
曾庆丰说，迈海材料基因组国际研究院是在华夏幸福、清华产业 园、陕西金控等产业资本支持下成立的，预计到2020年形成初具 规模的产业链布局，主要包括材料基因组软件、新能源材料、低 维材料与器件、石墨烯、生物3D打印和特色专科医院等，将形 成超过10亿元人民币规模的材料基因组产业集群。
1964年，P.Hohenberg和W.Kohn在非均匀电子气理论的基础上，提出两个基本 定理，奠定了密度泛函理论的基础。
定理1：对于一个共同的外部势v(r), 相互作用的多粒子系统的所有基态性质都由
（非简并）基态的电子密度分布n(r)唯一地决定。
计算机在材料科学与工程中的应用
第三章 计算材料学-第一性原理及应用
1965年柯恩又和沈吕九证明(W. Kohn and L. J. Shan, Physical Review 140, All33)：一个多粒子体系的粒子密度函数可以通过一个 简单的单粒子波动方程获得。这个单粒子波动方程现在被称作柯恩 －沈（Kohn-Sham）方程。 Hohenberg，Kohn和Shan的理论就是诺贝尔化学奖颁词所指的密 度泛函理论。显然，密度泛函理论大大简化了应用量子力学探讨材 料物理性质所涉及的数学问题。
材料的热容
高温和低温时，电子热容不能够忽略
合金成分的影响
合金的热容是每个组成元素热容与其质量百分比的 乘积之和。
C X 1C1 X 2C2 ... X nCn X i Ci
i 1 n
适用于金属化合物、金属与非金属的化合物，但对铁磁 合金不适用。
相变的热容变化
熔化和凝固 一级相变和二级相变 亚稳态组织转变
Q H CP T T P P
低温时，两者相差不大；
高温时Cp > Cv，为什么？
定压热容
比热容：1 kg 物质的热容，它与物质的本性有关。
等压比热容 等容比热容
在固体材料研究中，通常使用摩尔热容。
第一节 材料的热容
人们对热的物理本质的认识 热容、比热容 晶态固体的热容 热容的影响因素 现代热分析技术及其应用
热力学第零定律示意图
意义: 热力学第零定律的重要性在于它给出了 温度的定义和温度的测量方法。
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热究竟是什么？
热量传递的三种方式：
热传导
热对流 热辐射
热本质上是能量的一种形式，
是由分子的无规则运动引起的。
热量传递的基本方式
热的本质？
热是晶格（或组成材料的分子）振动的一种表现形式。
温度的高低衡量了晶格振动的剧烈程度。
热力学Байду номын сангаас大定律
第一定律：能量守恒定律
第一类永动机不可能 迈尔、焦耳、亥姆霍兹
第二定律：熵增加定律
第二类永动机不可能
克劳修斯、开尔文
第三定律：绝对温标 第零定律：热平衡定律
能斯特
福勒
热力学第零定律：1930年福勒等人提出
内容: 若两个热力学系统中的每一个都与第三 个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它 们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做 “热力学第零定律”。
工程造价咨询信息化管理及档案管理规则(1)
工程造价咨询信息化管理及档案管理规则第一章总则第一条为了规范我省工程造价咨询服务信息化和档案管理工作，明确工作责任，维护各方合法权益，提高造价咨询业务质量，根据本省实际情况，特制定本规则。
第二条工程造价咨询信息化管理包括工程造价信息数据库的建立、工程造价软件使用及咨询企业管理系统的建立，利用计算机及网络通信技术为工程造价咨询信息化管理服务。
第三条工程造价咨询信息化管理应贯穿建设工程项目的全过程，包括投资估算、设计概算、施工图预算、合同价确定、工程计量与支付及竣工结（决）算，对所收集的工程造价信息资料应及时处理，并应用于工程造价的确定、审核及成本分析等环节。
第四条工程造价咨询档案是指咨询企业从接受委托、调研、取证、编审、合议、复核、审批到出具报告书全过程中形成的具有查考和保存价值的文件和材料。
工程造价咨询企业完成咨询业务后必须逐项建立档案。
第五条造价咨询档案原则上由项目负责人负责整理归档，项目负责人必须在咨询报告出具后30日内将完整的档案资料移交档案室；档案管理员负责造价咨询档案的接收、装订立卷、保管、提供查阅等工作，档案管理人员必须在档案移交后90 日内将档案装订归档，并保证归档后档案的完整、安全。
第二章归档原则及内容第六条造价咨询档案立卷必须遵循以下原则：1．遵循工程造价咨询文件材料的形成规律，保持卷内文件材料的系统联系；2．正确分析和鉴别文件材料的保存价值，确定保管期限，工程造价咨询档案一般定为短期。
咨询合同约定有特殊要求的可定为长期或永久；3．按委托项目分别立卷；4．卷内文件材料应真实、完整，审批和签章手续完备；5．卷内文件材料的制作和书写必须规范、清晰，益于长期保存和查阅。
第七条造价咨询档案归档材料主要由咨询成果报告、咨询依据文件、其他文件三部分组成。
1．咨询成果报告（1）咨询报告书正本原件(含附件)；（2）签发人签发的报告书底稿；（3）技术文件及工作底稿（各类分析说明文件、计算书、工料分析表等）。
计算机在材料科学与工程中的应用(1)讲解
在材料科学与工程中，一些仪器就采 用了图象处理技术，如SEM等仪器。在工程 中，采用图像处理技术可代替人工对产品 进行自动检测，大大节省了人力资源，提 高了劳动生产率。
在线自动检验------通过数码相机，将照 得的图像自动处理，辨识技术，达到自动 检验的目的。
在军事上，弹道导弹，巡航导弹
第二章 计算机应用数学基础
众所周知:要是方程有唯 一的解,这 些方程应是线性无关.也就是系数矩 阵行列式不等于零.主要解法有消元 法,追赶法,迭代法.
实际上,可分为两大类
直接法: 高斯法
间接法 : 迭代法
2.3.1 直接解法
1. 高斯消元法 高斯消元法的分类:
a. 顺序消元法, b. 列主元素法 c.全主元素法
a. 顺序消元法
xmid=(xn+1+xn)/2 再算出点的函数值f(xmid),若f(xmid)与f(xn)同号，则用 f(xmid)代替f(xn)，否则， f(xmid)代替f(xn+1)。 于是含根区间就成为[xmid,xn+1]或[xn,xmid],根的区间范 围进一步减小。如此继续下去，当误差足够小时，就 停止迭代。
动量传递耦合应用
3.材料: 从头算,量子力 学和量子化学计算指 导分子设计
4.管理:ERP 5.CAD和CAI 6. 图象处理
(1)数值计算 数值计算（numerical computation）
就是有效使用数字计算机求数学问题近似 解的方法与过程，以及由相关理论构成的 学科。
①研究新材料。可以采用数据处理、仿真技术、数学模型、数
以x*求出发f(x*)后与f(xn)和f(xn+1)比较， 照例以f(x*)代替f(xn)和f(xn+1)中的同号者。 如果f(x*)不十分接近零，在重复上述步骤，
第一卷：施工管理资料
建筑工程施工资料（共八册第一册）工程名称：案卷题名：施工管理资料编制单位：编制日期：年月日起年月日止保管期限：密级：保存档号：施工管理资料目录注：备注栏中无说明的均为原件一、施工许可证（样式）要求：提供复印件（1000万以上项目如报全国建筑工程装饰奖，须在专家检查时提供原件备查。
）二、竣工验收备案表（封面样式）要求：提供复印件（1000万以上项目如报全国建筑工程装饰奖，须在专家检查时提供原件备查。
）三、消防验收证明（样式）要求：提供复印件（1000万以上项目如报全国建筑工程装饰奖，须在专家检查时提供原件备查。
）四、室内环境检测报告（样式）要求：提供复印件（1000万以上项目如报全国建筑工程装饰奖，须在专家检查时提供原件备查。
）五、工程开工报审表工程名称：编号：开工报告本报表一式四份，经监理（建设）单位、施工单位盖章后，监理（建设）施工、建设、设计、行业主管部门各执一份。
六、单位资格报审表工程名称：编号：七、进场施工机具设备报验表八、施工图纸会审记录九、工程竣工报验单工程名称：编号：工程竣工报告十、竣工总结尊敬的各位专家、领导：大家好！欢迎大家百忙之中莅临指导，国际贸易中心的全部室内装饰工程由亚厦装饰股份有限公司负责设计及施工，已具2008年度全国建筑工程装饰奖申报资格，本工程作为我公司近2年最具代表性的酒店类作品，值此机会特此申报。
诚恳希望各位领导、专家多给宝贵意见，以期在今后的装饰施工中更加精益求精。
一、工程概况浙江国际贸易中心是一家五星级标准设计的综合性旅游商务酒店，坐落于富春江畔，以其得天独厚的地理优势与空灵秀逸的富春山水浑然一体，相映成辉，旷古悠远的历史是酒店文化的深厚积淀。
酒店规模宏大，建筑面积约6.8万平方米，建筑总高度99.5米，是目前富阳市最高建筑，也是富阳最具江景特色和迷人魅力的高星级酒店。
整个酒店气势恢弘，规模、档次居富阳市之翘楚。
二、功能布局1、酒店二层主要为大堂、大堂吧、精品店、咖啡厅、西餐厅；2、酒店三层主要为中餐厅、包厢、厨房；3、酒店四层主要为宴会厅、会议室；4、酒店五层主要为健身房、接待厅；5、酒店六层主要为桑拿中心、美发室；6、酒店七层主要为会议室、商务中心。
1-2材料工程研究与测试方法-实验数据处理方法
1.2.4 测量误差的来源 （1）标准器具的误差 （2）测量装置的误差 （3）方法误差 （4）测量者的误差 （5）客观环境引起的误差
1.3 有效数的修约与运算
1.3.1 近似值 一个数据，从第一个非“0”的数字开始，到（包 括）最后一位唯一不准确的数字为止，都是有效数字， 有效数字的位数，叫做有效位数。 一个近似数有n个有效数字，也叫这个近似数有n 个数位。 在判断有效数字时，要特别注意“0”这个数字， 它可以是有效数字，也可以不是有效数字。 对待近似数时，不可像对待准确数那样，随便去掉 小数点部分右边的“0”，或在小数点部分右边加上 “0”。
（3）当几个数作乘方或开方运算时，计算结 果的有效位数应与原来近似数（被乘方或开方 数）的有效位数相同。乘方与开方实质上是乘、 除运算，故采用乘、除运算规则。 （4）作对数运算时，n位有效数字的数据应该 用n位或（n＋1）位对数表。
（5）在三角函数的运算中，函数值的位数应 随角度误差的减小而增多，当角度误差为10、 1、0.1及0.01时，对应的函数值位数应为5、 6、7及8位。
（1）拟舍弃的数字最右一位小于5时，舍去。
（2）拟舍弃的数字最右一位大于5或等于5且其 后还有非“0”的数字时，则进1，即保留末位 数再加1。
（3）拟舍弃的数字最右一位恰好等于5且其后 没有数字或皆为“0”，则看“5”前面的数字： 为奇数时去51）当几个数作加减运算时，在各数中以小数位数 最少的一个数为准，其余各数舍入至比该数多一位， 然后进行运算，运算结果修约至小数位最少的一个 数为准。 例： 156.1＋85.72＋23.453＋6.81523 ≈156.1＋85.72＋23.45＋6.82 ≈272.09≈272.1 （2）当几个数作乘除法运算时，在各数中以有效数 字个数最少的一个数为准，其余各数舍入至比该数 多一个有效数字，而与小数点位置无关，然后进行 运算，运算结果修约至有效位数最少的一个数为准。 例： 603.21×0.32÷4.0121 应取为603×0.32÷4.01≈48.1≈48
材料成型计算机控制
从学科分类来看，材料成型及控制工程专业横跨三个一级学 科：材料科学、冶金工程技术与机械工程。本专业是多学科交叉 的综合学科。
学科分类
• 国务院学位委员会学科评议组 《授予博士、硕士学位 和培养研究生的学科、专业目录》(1997年颁布) 0805 材料科学与工程 080501 材料物理与化学 080502 材料学 080503 材料加工工程 0806 冶金工程 080601 冶金物理化学 080602 钢铁冶金 080603 有色金属冶金
课外阅 读
其它
(需明确)
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材料成型及控制工程专 业发展概况、材料 成型及控制工程专 业人才培养方案 材料成型及控制工程专 业金属压力加工方 向发展概况 材料成型及控制工程专 业焊接方向发展概 况 材料成型及控制工程专 业锻压方向发展概 况 课外阅读 总 计
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材料成型及控制工程专业的认知
• 历史沿革
20世纪50年代初期，中国在全面学习苏联的 做法中，形成了“专业对口”、“学以致用”的 本科教育思想。各学校纷纷成立了铸造、锻压、 焊接、热处理等按行业领域划分专业。在当时特 定的历史时期，这种做法对推动中国高等教育的 发展和为国民经济建设培养人才起到了重要的作 用。但由此也产生了很多问题，诸如：专业设置 过窄、人文素质教育薄弱、教学内容陈旧、教学 方法偏死、培养模式单一等。
学科分类
GB/T 13745-2009学科分类与代码 （本标准由全国信息分类编码标 准化技术委员会归口）
一级学科
材料科学 （430） 冶金工程技术 （450） 机械工程 （460） 轧制（45045）
3d打印技术在土木工程中的运用
高新技术2016年12期︱31︱3d 打印技术在土木工程中的运用马宝森临沂市规划信息服务中心，山东 临沂 276000摘要：计算机的飞速发展，使3d 打印技术在各个领域中都得到了广泛应用。
目前，3d 打印技术已经被应用到了土木建筑行业中，并且随着人们研究的逐步深入，该技术也变得更加成熟，同时取得了不错的应用成绩。
为了进一步提高3d 打印技术在土木工程中的应用，应当加强对其的探讨与分析。
关键词：3d 打印技术；土木工程；建筑行业中图分类号：TP334.8 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）12-0031-013d 打印技术自从出现后，就得到了人们的重视，并且随着人们研究的不断深入，该技术变得更加成熟。
目前，利用3d 打印技术不仅可以打印小件工艺品，而且能够打印出汽车等大型的物品，同时，该技术在建筑领域中也得到了广泛应用。
1 3d 打印技术原理分析 日常生活中应用的普通打印机，能够完成对电脑设计的平面物品的打印，3d 打印机与普通打印机相比，在工作原理上是相同的，差别主要体现在打印材料上。
普通打印机使用的材料为纸张和墨水，而3d 打印机装有陶瓷、塑料、泥沙、金属、混凝土等各种不同类型的“打印材料”，这些都是实实在在的原材料，将电脑与打印机进行连接后，打印机的各项操作都受电脑的控制，在电脑控制下，3d 打印机，将“打印材料”叠加起来，最终将计算机中设计的蓝图，转变为实物。
通俗一些说，就是利用3d 打印机，能够打印出真实的3D 物品[1]。
例如，通过3D 打印机打印一个玩具车、机器人，各种各样的模型，甚至可以打印出食物。
将其称作为“打印机”，是因为在工作原理上与普通打印机相同，其在分层加工时，与喷墨打印有着许多相似之处，该项技术也被称作3D 立体打印技术。
3d 打印存在许多不同技术，其在具体应用中的不通之处主要体现在材料上的不同，并且在具体打印过程中，通过不同的构建创建部件。
3d 打印过程中常用的材料有尼龙玻纤、石膏材料、钛合金、不锈钢、橡胶材料等。
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• • • • • • • • 1.1 计算机技术的发展 1.1.1 计算机硬件技术的发展 1.1.2 计算机软件技术的发展 (1)操作系统的发展 (2)编程语言的发展 (3)数据库技术的发展 (4)人工智能的发展 (5)计算机图形学技术的发展 1.1.3 计算机网络技术的发展 1.2 材料科学与工程的基本概念与发展 1.2.1 材料科学与工程的基本概念
图1.1 材料科学基本要素之间的关系
• • • • • • • • • •
(1)涵盖的基本内容 (2)材料的分类 (3)材料的性能 (4)基本要素 1.2.2 材料科学与工程的发展 (1)传统材料的发展 (2)新材料不断出现 1)超导材料 2)纳米材料 3)生物医用材料
• 4)能源材料 • 1.3 计算机技术在材料科学与工程中的应用 • 1.3.1 计算机模拟在材料科学与工程中的 应用 • (1)材料固相冷却过程中的计算机模拟 • 1)淬火过程的计算机模拟概况 • 2)组织转变的动力学模拟 • (2)材料原子层次的计算机模拟 • 1)相变过程中的原子层次的计算机模拟 • 2)晶体点缺陷的计算机模拟
• • • • • •
(3)金属凝固过程的计算机模拟 1)微观模拟 2)宏观模拟 1.3.2 材料与工艺过程的优化及自动控制 1.3.3 材料数据库和材料设计 1.3.4 计算机辅助设计技术(CAD)在材料科 学与工程中的应用 • (1)计算机辅助材料加工设计 • (2)计算机辅助材料检测