芻議計算機技術在材料科學研究中的重要性

賀喜平 長江大學計算機科學學院

?

芻議計算機技術在材料科學研究中的重要性

賀喜平 長江大學計算機科學學院

摘 要：計算機作為現代化的工具對各個領域來說都有著極為重要的作用，尤其是在材料科學的研究發展中發揮著愈來愈重要的作用，材料科學屬于研究材料的一種綜合性學科，如，以鋼鐵行業為例來說，高爐內溫度的測量、爐內流體運動的監控、高爐使用壽命的仿真等等都離不開對計算機的使用。隨著各項產業的逐漸精細化和完整化，對計算機的使用要求也在不斷地提高，計算機在材料科學中可以說是有著廣闊的發展前景。

關鍵詞：材料科學 計算機技術 重要性

現代高新產業技術的不斷發展，對我們所需材料的性能等方面也提出了較高的要求，同樣的，對于材料科學研究領域本身來說，要求也是越來越高了，那么，材料科學研究的發展又是怎樣與計算機建立起了密不可分的聯系呢？這就需要我們在充分了解計算機與材料科學關系的基礎上來具體地分析計算機在材料科學中的幾個應用。

現在，材料科學領域已經有了一個較好地發展，這就需要我們在充分利用計算機的前提下把對材料科學的研究推向一個全新的高度，同時，這個新發展將大大提高研究領域的使用效能。

一、常用計算方法和數據處理

常用計算方法和數據處理：常用數值分析方法；線性方程組解法；最小二乘法曲線擬合；三次樣條插值函數；數值分析軟件及應用舉例；材料科學研究中的數據處理；材料科學研究的數據類型；材料研究中的數據分析；材料研究的實驗設計；圖象處理在材料領域的應用；數據分析軟件介紹及應用舉例。

二、材料科學研究中數值模擬方法基礎

材料科學研究中數值模擬方法基礎：有限差分法，差分方程的建立；差分方程的求解方法；有限元法的基本概念；有限元法的基本理論；現代有限元分析軟件簡介及在各專業方向應用舉例。

三、材料科學與工程中的物理場計算機分析

材料科學與工程中的物理場計算機分析：溫度場計算機分析；溫度場及傳熱學問題；導熱微分方程；導熱問題的數值解析；非穩態導熱問題的有限差分格式；溫度場計算機分析舉例；濃度擴散場計算機分析；擴散方程；擴散方程初始條件和邊界條件；擴散方程的數值解析及針對物理場和溫度場在各專業方向實際過程介紹。

四、材料相關學科和計算機學科的相互交叉

（一）材料學和計算機學科的相互學習和使用。從一定程度上，計算機科學與材料科學之間沒有明確的界限，也就是說，當我們在學習材料科學的時候，需要間歇式地學習一些計算機相關知識。計算機和材料相關學科是結合在一起的，它們的交叉體現在要通過計算機的高技術手段來研究材料的性質、仿制材料的構成。

（二）在材料科學研究中使用計算機不可缺少。在材料科學的研究過程中，分析材料的性能、分析材料的組成、新性能材料的設計以及制備方法、加工工藝等等都需要用到計算機；材料科學研究的每一個領域倘若離開計算機就無法正常完成任務，因此說，計算機在材料科學研究領域中起著不可忽視的重要作用，更是材料科學研究中的高科技工具。通過對計算機的運用，材料科學的研究才能更趨向自動化與集成化。

五、利用計算機技術更好的為材料科學服務

（一）方便研究人員進行知識交流和查閱。運用計算機網絡的強大功能可以為材料科學行業的研究人員提供更加便捷的服務，通過計算機網絡，研究人員可以查閱自己所需要的科研資料、及時關注材料科學研究領域的最新動態、了解材料科學研究的發展方向、并且可以發表自己的論文以供廣大閱讀者學習，同時還可以建立自己的網頁來專門介紹自己的研究成果，以此通過計算機網絡實現了科研人員之間的交流研究，也可以進一步推進材料科學的巨大發展。

（二）用于材料的開發加工和構造的理論等方面的分析。在材料科學的開發設計過程中，計算機的作用尤為重要，新材料研究開發中，需在結合理論的基礎上運用計算機來實現預報材料的組成、結構以及性能，而且，通過理論設計來定做新材料的時候更是離不開對計算機的使用，因此說，計算機在設計新材料領域中發揮著不可替代的作用。它促進材料科學的向前發展，同時也為材料科學的開發設計做出了一定的貢獻。

（三）可以發揮出計算機在數值模型等方面分析的功能。在對材料分析和研究中，很多時候要利用計算機軟件對真實地操作系統進行一定的仿真模擬操作，同時提供模擬的結果來有效地促進材料科學研究的發展；通過計算機模擬可以把真實的操作結果與仿真模擬的結果相比較，從而來檢驗數據模型的準確性和正確性；對于計算機模擬系統的應用遍及材料科學的整個環節中，對材料科學的研究可謂是起著非常重要的作用，通過對材料的合成、研究性能設備等方面來更好地促進材料科學領域的發展。

（四）強大圖像分析功能在材料學當中的應用。在材料微觀構造的分析中，會出現大量的數據以及需要對圖像進行必要的處理。在這種時候，充分借助計算機的存儲處理功能不僅僅可以保存大量的數據，而且在一定程度上可以減少對人力的使用，節省我們寶貴的時間；同時，計算機在計算存儲方面標準正確，我們就不用再擔心對數據處理出錯的問題了；對于材料研究過程中的圖像處理也會方便得多，利用計算機的圖像處理功能來研究材料的結構組成則會更加方便快捷。

通過以上分析可以看出，材料科學作為一門新型的學科不僅涉及面廣，而且發展還不是那么的成熟，當前對于它的研究仍需要一個過程去努力進行探索，我們仍需要一個很長的階段去探討。作為高科技之一的計算機，在當今社會各個領域的發展中都起著極為關鍵的作用，同樣，在材料科學研究過程中的作用也是不可忽視的，計算機為材料科學的發展提供了重要的工具，以此來推進材料科學領域的發展，并成為了材料科學研究領域中的重要工具。

參考文獻：

[1]吳興惠，項金鐘.現代材料計算設計教程[M].北京.電子工業出版社，2006.

[2]龔曙光，羅顯光.ANSYS基礎應用及范例解析[M].北京.機械工業出版社，2003.

[3]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京.機械工業出版社，2003