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计算机在材料学科的应用

随着信息技术的快速发展,计算机技术在材料科学中的应用日益广泛,极大地促进了材料科学研究的深入和发展。材料学科正在由单纯的理论,实验型研究向与先进模拟算法和人工智能手段交叉融合的方向发展。计算机在材料学科中的主要应用分为以下几个方面：优化算法及高性能并行模拟软件用于新材料的研发；材料学专业数据处理及绘图软件；高通量计算与人工智能(机器学习)在材料科学中的应用。 本文主要针对计算机在新材料的设计，材料性能模拟，材料制造，材料检测方面的应用几个方面进行一些分析和探讨。

1新材料的设计

新材料是新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料。如新型陶瓷材料，非晶态合金?(金属玻璃) 等。从前，新材料的设计与开发一直采用的配方法，需要多次对成分一组织一性能关系的进行调整，反复实验，才能得到目标产物。这种方法有相当大的盲目性，不仅费某某、费时而且经济损耗很大，为此人们期望通过演绎计算的方法便利新材料的设计，而计算机技术的飞速发展恰恰满足了这一需求。通过从已有的大量数据、经验事实出发，利用现有的各种不同结构层次的数学模型及相关数据理论，通过计算机的运算，对比，推理来达到优化新材料的设计过程的目的。

2材料性能模拟

研发新材料时需对目标材料的力学，电学，热学等多方面性能进行模拟。目前，计算机模 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 准。材料的组成成分对材料的性能和应用有很大的影响，许多材料的合成和制备正是通过改变材料的成分来调整材料的性能。因此，材料成分的检测对材料研究有着特别重要的意义。在工业上，一般通过计算机系统控制x射线谱仪和X射线衍射仪对材料进行定性和定量检测。而对材料组织结构的检测则可以通过计算机仿真实验实现。在大量的材料显微组织检测的基础上，可实现对材料组织及其与性能之间关系的变化规律进行计算机仿真，通过计算机仿真建立材料的显微组织模型，又可用该显微组织模型推测材料的性能。

下面以三维可视仿真技术为例，介绍计算机仿真技术在材料检测中的应用。首先，产生不同形状、尺寸、位置及空间分布、数量(体积分数和总颗粒分数)的颗粒组织数据，而后在颗粒组织的基础上产生基体组织，得到具有不同平均晶粒尺寸的颗粒增强复合材料的显微组织。在仿真程序中，颗粒的形状可以选择为球状、椭球体、圆柱体、规则多面体。颗粒的空间分布可以选择为周期分布、随机分布、层状分布、线状分布、团聚分布，通过改变颗粒和基体组织参数，可以仿真各种实际颗粒增强复合材料的 显微组织在得到三维可视仿真结果后，可以作任意的二维截面处理，可用于颗粒组织和多晶聚集体的体视学研究；也可用于颗粒空间分布的表征问题的研究；并可将三维仿真组织转化为数予其中各相的材料性质后。可作为颗粒增强复合材料的材料模型。

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