新版高分子材料加工计算机模拟计算机模拟思考题答案
基于计算机模拟的高分子材料设计方法
基于计算机模拟的高分子材料设计方法高分子材料在现代工业中起着至关重要的作用，其广泛应用于塑料、橡胶、纤维等领域，对于提升材料性能和实现可持续发展具有重要意义。
随着计算机科学的迅速发展和计算机模拟技术的不断突破，基于计算机模拟的高分子材料设计方法逐渐成为实现高分子材料优化设计的重要手段。
一、计算机模拟在高分子材料设计中的作用计算机模拟技术运用计算机算法和理论模型对材料进行建模、分析和模拟，通过原子级别的计算和预测，可以揭示材料的结构、性能和行为，对材料的性能进行预测和优化。
在高分子材料设计中，计算机模拟可以提供对分子结构和界面交互的深入理解，帮助研究人员更好地理解材料特性、相互作用以及性能。
二、分子动力学模拟在高分子材料设计中的应用分子动力学模拟是一种常用的计算机模拟方法，通过求解分子运动方程，模拟材料中分子的实际运动和相互作用。
在高分子材料设计中，分子动力学模拟可以通过分子尺度的模拟，研究高分子材料的力学性能、热学性能和力学响应等方面的问题。
通过调整原子之间的相互作用力常数、界面形态等参数，创造新型高分子材料，优化材料的性能。
三、量子力学计算在高分子材料设计中的应用量子力学计算是一种基于量子力学原理进行模拟和计算的方法，可以用于研究高分子材料的电子结构和光学性质等问题。
量子力学计算方法包括密度泛函理论（DFT）、带间耦合模型（TB）等，通过对高分子分子轨道、能带结构、能态分布等进行计算，可以预测材料的电学和光学性质。
量子力学计算可以帮助高分子材料科学家设计新型高分子材料和优化现有材料的电学性能，为实验提供理论指导。
四、机器学习在高分子材料设计中的应用机器学习是一种基于数据和模式识别的方法，通过自动学习和迭代优化的方式识别和利用数据中的模式和规律。
在高分子材料设计中，机器学习可以通过对大量材料数据的学习，提取并分析其中的规律和趋势，预测高分子材料的性质和行为。
机器学习可以加速高分子材料的研发过程，帮助科学家设计出更具性能优越的高分子材料。
讲义ch03高分子科学中的计算机模拟
第三章高分子科学中的计算机模拟随着计算机技术与聚合物科学的发展，人们已经不满足于仅仅用实验的手段来研制新型高分子材料和提高现有材料的性能，于是，除实验和理论外，计算机模拟已成为解决聚合物科学中实际问题的第三个重要组成部分。
计算机模拟既不是实验方法也不是理论方法，它是在实验的基础上，通过基本原理，构筑起一套模型和算法，从而计算出合理的分子结构与分子行为。
运用分子模拟技术，人们能够对材料原子及分子层次的机理有更全面的了解。
自20世纪量子力学(quantum mechanics)的快速发展后，几乎有关分子的一切性质，如结构(structure)、构象(conformation)、偶极距(dipole moment)、电离能(ionization)、电子亲和力(electron affinity)、电子密度(electron density)等，都可由量子力学计算获得。
计算与实验的结果往往相当吻合，并且可由分析计算的结果得到一些实验无法获得的资料，有助于对实际问题的了解。
与实验相比较，利用计算机计算研究化学有下列几项优点：1、成本降低；2、增加安全性；3、可研究极快速的反应或变化；4、得到较佳的准确度；5、增进对问题的了解。
基于这些原因，分子的量子力学计算自1970年后逐渐受到重视。
利用计算先行了解分子的特性，已成为合成化学家和药物设计学家所依赖的重要方法。
化学家借此可设计出最佳的反应途径，预测合成的可能性，并评估所欲合成分子的适用性，节省许多时间和避免材料的浪费。
而且，计算效果正随着方法的改良与计算机的发展而快速地提高。
1 计算机模拟方法1.1微观组织结构模拟对于完整和非完整晶体的结构，动力学和热力学的性质可以采用3种主要的方法来进行模拟：分子动力学方法（Molecular Dynamics, MD）、分子力学方法（Molecular Mechanics, MM）和蒙特卡罗方法（Monte Carlo Method, MC）。
材料科学与工程中的计算机应用复习题答案.doc
材料科学与工程中的计算机应用复习题答案1计算机在材料科学与工程中应用复习题一、计算机应用基础部分1.传统设计和现代设计有哪些区别？现代设计方法的特点是什么？传统设计也是目前遵循的设计模式，基本上是凭借直接或间接的经验，通过类比分析来确定设计方案。
设计方案很大程度上取决于设计者个人的经验，难以获得最佳结果；准确性和精确性低。
现代设计是设计的一般原理加上计算机技术和各种现代科学方法的有机结合。
它既传承了传统方法中有益的东西，又注入了现代科学的精髓。
现代设计方法具有以下特点：1、科学的获得必要的设计参数：普遍采用技术预测和信号分析法。
2、从整体上认识和分析设计对象：引进系统工程的分析方法进行设计方案的设计和优化。
3、大大提高设计的精确度和可靠性：4、实现了富有创造性的高效率和自动化的设计。
2.计算机应用系统的硬件配置有哪几种类型？各有什么特点？应用于什么场合？计算机应用系统的硬件配置有：主机系统、小型机成套系统、工作站系统、微机系统。
主机系统：i 大型直联式：所有终端直接与主机连接，通常连接几十个终端。
优点：计算机本身通用性强，终端侧的设备较简单。
缺点：多用户分享主机，终端响应不稳定，性价比不高。
ii 功能分散型：在终端和通用主机间设置一级小型机或微机。
保留较大通用性和很强运算能力的优点，又能充分发挥终端侧小型机的基本处理能力。
系统处理速度和工作效率更高。
应用：大型工厂或企业。
小型机成套系统：对任务针对性强，系统的软硬件配套齐全，又称“转匙”系统。
与主机系统相比，分析计算能力弱，系统扩展能力差、移植性不好。
应用：缺工作站系统：每个用户单机独占资源，处理速度快，工作效率高，而且价格适中，不必一次性集中投资，具有良好的可扩充性。
应用：大、中、小企业均可使用。
微机系统：价格低廉，对运行环境要求较低，维修、服务方便，学习和使用容易，完全开放性的设计。
应用：中、小企业。
3.计算机应用系统由哪些软件组成？它们各自的作用是什么？系统软件分为：系统软件、支撑软件、应用软件。
计算机应用思考题 及答案
6.请描述建立回归方程的数学方法。
1.简述计算机在材料科学与工程中的应用。
解：计算机模拟技术用于材料行为工艺研究、计算机技术用于材料数据库和知识库、计算机用于材料设计、计算机用于材料性能表征与检测、计算机用于材料数据和图像处理、计算机网络用于材料科学研究
2.简述建立数学模型的基本步骤。常用的数学模型建立有几方法？
建模基本步骤如下:1．建摸准备2．建模假设3.构造模型4．模型求解5．模型分析6．模型检验7．模型应用常用的数学建模方法：1.数据分析法2．理论分析法3.模拟方法4.类比分析法
神经元的活动状态和阈值分别用aj(t),θ(t)表示，
输出yi,数学描述：
f:为神经元功能函数;
g为转换函数。
当g(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱi)=ai时，神经元的输出：
9.请叙述人工神经网络的基本要素。
基本要素：神经元功能函数、神经元之间的连接形式、网络学习。
10.请回答Ansys软件主要包括三个部分的名称和各部分的功能。
3.请简述差分法的数学思想和解题步骤。
差分法的数学思想：1．将求解域分为差分网络，用有限个网络节点代替连续的求解域；2．通过Tayor级数展开等方法，把方程中的导数用网络节点上的函数的差商代替进行离散，从而建立网络节点上的值为未知数的代数方程组。
有限差分法解题基本步骤：1)建立微分方程2)构建差分格式3)求解差分方程4)精度分析和检验
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剪切速度要适当： • 太小，剪切应力小，计算得到的剪切粘度会产
生很大的统计误差； • 太大，则会出现非线性效应，如剪切稀化、粘
滞发热。 • 难以得到零剪切速率粘度
Forcite Plus
• NHL：增加了新的控温函数Nosé-Hoover-Langevin（NHL），在恒温器变量中引 入摩擦项和噪音项，比Nosé方法有更快的收敛速度，更好的温度稳定性。
二次方项
Morse
∑ +
qiq j
εr pairs(i, j) ij
i< j
三次方项
二次方项拟合区 三次方项拟合区
力场
• 分子可以用一系列带电点(原子)来描述，之间由弹簧连接(键)
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• 对于该单体系击的数此学处描述编，辑就是母我们版所副说的标力题场 样式
• 力场被用来计算分子的相对势能(相对于同样分子的其它构型)
单击分子此力处学编、分辑子母动版力学标模题块的样式
更新及案例 单击此处编辑母版副标题样式
分子力学方法
n 使用球和弹簧来描述原子之间所成的共价键
n 包括非键Van der Waals作用和静电相互作用
单击此处编辑母版标题样式 n 通过实验手段和/或QM计算来获取相关参数
n 通常与动力学、结构优化或者蒙特卡罗方法联
重要。 单击此处编辑母版标题样式
虽然在水分扩散特性方面已经很多分子动力学的研究工作报道，但是水分-热
老化条件都没有单考虑击，而此且处水汽编肿胀辑现象母也没版有副动力标学的题研究样结式果。基于此，研究
人员利用分子动力学研究了在不同温度、湿度条件下环氧体系的水汽扩散及肿胀应 变，并与实验结果相对比。
lammps势函数pcff -回复
lammps势函数pcff -回复LAMMPS势函数PCFF：构建模拟分子体系的有力工具引言：计算机模拟是研究复杂物质行为的重要方法之一，其中分子动力学模拟(Molecular Dynamics, MD)在近几十年来得到了广泛的应用。
为了使MD模拟结果更加真实可信，合适的势函数是至关重要的。
本文将以LAMMPS势函数PCFF为主题，介绍其在模拟分子体系中的应用和优势。
一、LAMMPS简介：LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是一款用于分子动力学模拟的开源软件包，它使用粒子法来模拟原子、分子和大分子体系的运动。
LAMMPS的灵活性和可扩展性使其成为研究人员首选的工具之一。
二、PCFF势函数概述：PCFF（Perturbed Chain-Forming Fluids）势函数是LAMMPS中一种经验函数，主要用于有机、无机和混合体系的模拟。
它基于分子光谱和能量参数，提供了高精度的描述分子间相互作用的模型。
三、PCFF势函数的形式：1. 势能项：PCFF势函数包括键角势能、键长势能、键扭转势能、库伦相互作用和范德华力等多个项。
这些项构成了描述整个分子的势能。
2. 势函数申请：在使用LAMMPS进行分子动力学模拟之前，需要首先在输入文件中定义物质的分子结构和参数。
然后，通过引入PCFF势函数，在模拟中考虑分子间的相互作用。
四、PCFF势函数的模拟应用：1. 高分子材料：PCFF势函数可以用于模拟高分子材料（如聚合物），以研究其力学性质、热学性质和结构演化等。
例如，通过对聚丙烯材料进行模拟，可以研究其拉伸过程中的断裂行为。
2. 溶液体系：PCFF势函数可以模拟溶液中的分子相互作用，从而研究溶剂对溶质的溶解行为。
通过模拟溶液中的溶剂分子和溶质分子的相互作用，可以预测溶液体系的热力学性质、结构特征和动力学行为，从而设计更好的溶剂体系和反应条件。
大学计算机基础思考题及参考答案
大学计算机基础思考题及参考答案大学计算机基础思考题及参考答案第一章计算机与信息社会1. 计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？答：第一代电子计算机—电子管;第二代电子计算机—晶体管电路;第三代电子计算机—集成电路;第四代电子计算机—大规模集成电路2. 按综合性能指标，计算机一般分为哪几类？答：高性能计算机：微型机；工作站；服务器；嵌入式计算机3. 信息与数据的区别是什么？答：数据是信息的载体。
信息有意义，而数据没有。
但当数据以某种形式经过处理、描述或与其他数据比较时，便赋予了意义。
第二章计算机基础知识1.简述计算机的主要特点。
答：①计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
②程序和数据以同等地位存放在存储器中，并要按地址寻访。
③程序和数据以二进制表示。
2. 简述计算机执行指令的过程。
答：1）取指令2）分析指令3）执行指令4）一条指令执行完成，程序计数器加1，然后回到1）。
3. 存储器的容量单位有哪些？若内存的大小为512MB，则它有多少个字节？答：①单位有：B,KB,MB,GB②512MB=1024×1024×512(B)4. 指令和程序有什么区别？答：指令是能被计算机识别并执行的一串二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。
程序是由一系列指令组成的。
5. 进行下列数的数制转换。
(1) (69.625)D=( )B=( )H=( )O(2) (3E1)H=( )B=( )D(3) (670)O=( )B=( )D(4) (11111111000011)B=( )H=( )D=( )D6. 假定机器数占8位，试写出十进制数-67的原码、反码和补码。
7. 什么是ASCII码?答：ASCII码是西文字符编码最常用的字符编码，它用7位二进制编码表示128个字符。
第三章微型计算机硬件组成1．微型计算机的基本结构由哪几部分构成？主机主要包括了哪些部件？答：显示器、主机和键盘。
2022年计算机考试思考题答案解析
思考题一1.判断题（1）IT行业有一条法则恰如其分地表达了“计算机功能、性能提高”的发展趋势, 这就是美国Intel公司的创始人摩尔提出的“摩尔定律”。
（( ）（2）电子计算机的发展已经经历了四代, 第一代的电子计算机都不是按照存储程序和程序控制原理设计的。
（( ）（3）与科学计算相比, 数据处理的特点是数据输入输出量大, 而计算相对简单。
（）（4）计算机中用来表示计算机存储容量大小的最基本单位是位。
（）（5）计算机硬件的某些功能可以由软件来完成, 软件的某些功能也可以用硬件来实现。
（）2.单选题（1）一个完整的计算机系统应该包括 B 。
A.主机、键盘、鼠标和显示器B.硬件系统和软件系统C.主机和其他外部设备D.系统软件和应用软件（2）计算机之所以按人们的意志自动进行工作, 最直接的原因（工作原理）是因为 C 。
A.二进制数制B.高速电子元件C.存储程序和程序控制D.程序设计语言（3）计算机的应用领域可大致分为若干大类, 下列选项中属于这几大类的是 C 。
A.计算机辅助教学、程序设计、人工智能B.工程计算、数据结构、文字处理C.实时控制、科学计算、数据处理D.数值处理、人工智能、操作系统（4）现代信息技术的核心是A 。
A.电子计算机和现代通信技术B.微电子技术和材料技术C.自动化技术和控制技术D.数字化技术和网络技术（5）计算机的性能指标包括多项, 下列项目中 D 不属于性能指标。
A.主频B.字长C.运算速度D.带光驱否（6）OS是在第 C 代计算机才出现的。
A. 1B. 2C. 3D. 4（7）PC机是随着构架处理器的电子元件 C 的发展而发展起来的。
A.电子管B.晶体管C.集成电路D.半导体（8）在计算机领域中通常用MIPS来描述C 。
A.计算机的可靠性B.计算机的运行性C.计算机的运算速度D.计算机的可扩充性（9）世界上第一台计算机诞生至今, 经历了若干代的发展、更替和变革, 当下的计算机是属于第 A 代的计算机。
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性结构静力分析。根据所求的问题， h- 方法通常需要比 p- 方法更密的网格。 p- 方法在应用较粗糙
的网格时，提供了求得适当精度的一种很好的途径。
3．
ANSYS分析过程中三个主要的步骤 . 每个分析包含三个主要步骤 : 前处理 ：创建或输入几何模型 ，
对几何模型划分网格 。 求解：施加载荷求解。后处理：结果评价 ，检查结果的正确性
与观测值 的差的
平方和一般数据点个数
大于多项式阶数
，这样，从式（ 1-65 ）可求出回归系数从而建立所回
归方程数学模型。由已知观测值寻求 x 与 y 之间函数关系的方法在工业控制应用中称为“系统辩识”
22．常用的数值计算方法有哪四种。 常用的数值计算方法包括有限差分法、有限元法、有限体积法以及边
界元法等。 23．有限差分法定义 。 其实质就是以有限差分代替无限微分，以差分代数方程代替微分方程，
模拟结果的正确与否。 17. 数学模型的定义及分类 。数学模型 就是利用数学语言对某种事物系统的特征和
数量关系建立起来的符号系统。 1）按照对实体的认识过程来分，数学模型可以分为描述性数学模型和解释
性数学模型。 2）按照建立模型的数学方法分， 可以分为初等模型， 图论模型， 规划论模型， 微分方程模型，
: 单元类型，实常数，
材料性质
10． ANSYS网格划分主要包括以下四个步骤 : 定义单元属性，指定网格的控制参数，生成网格
11． ANSYS有哪两个两个后处理器，他们如何定义的 ？后处理：结果评价，检查结果的正确性
12. Ansys 中的载荷有哪些？ 自由度约束，集中载荷，面载荷，体载荷，惯性载荷
是由体、面、线和关键点组成的 。在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生
成，面由线生成，体由面生成。
6. 模型生成方法与建模步骤
7． ANSYS 坐标系有哪六种？ 总体坐标系，局部坐标系，节点坐标系，单元坐标系，显示坐标系，结果坐
标系
8．体素定义
9．单元属性定义。 单元属性 是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括
以数值计算 代替数学推导的过程，从而将连续函数离散化，以有限的、离散的数值代替连续的函数分布。
未知系统，已测得该系统有 n 个输入 - 输出数据点为：
y 现寻求其函数关系 f x
无论 x，y 为什么函数关系，假设用一多项式
y?
xi , yi i 1,2
b0 b1x
n
b2 x2
bm x m
作为对输出（观测值） y 的估计。若能确定其阶数及
系数 b0 , b1, bm
则所得到的就是回归方程 - 数学模型。各项系数即回归系数现在要使多项式估计值
4 ）验证结果聚合物成型加工过程是复杂的，
影响模拟结果的因素很多，如建模时依据的假定、初试值条件描述、计算程序是否正确等。模拟结果的验
证大体上可分为两种： 模拟得到的成型结果参数的实验证实； 模拟得到的优化的成型加工结果的实验证实。
后一种方法是将模拟得到的优化成型加工结果与未优化的结果或其它途径得到的试验结果相比较，以判断
用 19 ． 数学建模中常用的数学方法有哪四种？ 在材料科学中常用的数学建模方法有理论分析法
、模拟方
法 、类比分析法 、数据分析法。 20. 在聚合物结晶过程中，结晶度随时间的延续不断增加，最后趋于该结
晶条件下的极限结晶度，现期望在理论上描述这一动力学过程。
（仅考虑平面内一次性同时成核的情况）
21．写出数据分析法中求系统回归方程的一般方法。求一条通过或系统回归方程的一般方法如下：设有一
最优控制模型，随机模型，模拟模型。 3）按照模型的应用领域分为人口模型、交通模型等。
4）按照模型
的特征分，可分为静态模型和动态模型、确定性模型和随机模型、离散模型和连续性模型、线性模型和非
线性模型等。 5）按照对模型结构了解的程度可以分为白箱模型、灰箱模型和黑箱模型。
18．建立数学模型
的一般步骤和原则 。1. 建模准备 2. 建模假设 3. 构造模型 4．模型求解 5. 模型分析 6. 模型检验 7. 模型应
13 自由度约束的定义。 自由度约束就是给某个自由度 (DOF) 指定一已知数值 ( 值不一定是零 ) 。
14. 面载荷的定义 。面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。
15. 静力分析结果后处理的步骤主要包括有哪些？
16. 聚合物加工过程数值分析及计算机模拟一般方法 。其一般方法可概述如下： （1）明确对象， 定义问题，
构造成型加工过程中的物理模型。建立的物理模型既要使问题简化到可以进行数学模拟和便于求解，又要
尽可能完整地描述实际过程，尽可能真实地反映成型加工过程的实质和特征。
（ 2 ）基于物理模型，选用
守恒定律、本构方程和各种物性定律，建立问题的数学模型。建立的数学模型应尽量简洁明确，既要包含
主要影响因素，又要避免数学运算过于繁杂，初始和边界条件要根据具体情况慎重选择，因为它们在很大
4． ANSYS文件中包括四种文件，分别是哪四种？ 在任何 ANSYS分析之后，您应保存以下的文件 : 日志文件
( .log) 数据库文件 ( .db) 结果文件 (.rst, .rth, ,)
荷载步文件 , 如有多步 (.s01, .s02, ...)
物理
文件 (.ph1, .ph2, ...)
5 ． Ansys 中四类实体模型图元 , 以及它们之间的层次关系。 典型的实体模型
1．Ansys 中主要有哪四个分析模块？ 结构分析，热分析，流体分析包括 CFD（计算流体动力学） ，电 / 静
电场分析，电磁场分析
2．
在 ANSYS 产品中，求解结构问题有两种方法，它们各用于什么场合？
在 ANSYS 产品中，求解结
构问题有两种方法： h- 方法和 p- 方法。 h- 方法可用于任何类型的结构分析， 而 p- 方法只能用于线
程度上决定了最终的计算结果。 （ 3）用解析或数值方法求解建立的数学模型，编写图形应用程序或采用绘
软件输出模拟结果。通常选择何种数值方法需根据问题的复杂程度决定，如求解域形状规则的线性问题，
选用有限差分法简便快捷；求解形状复杂的模型方程选用边界元法可以减少网格剖分解。