计算机在材料科学中的应用教学规范.doc

计算机在材料科学中的应用教学规范课程类别：专业基础课 课程性质：限选课面向专业：材料科学与工程学院金属材料工程、无机非金属材料、高分子材料、材料物理等专业。一、课程的性质、任务与基本要求1.本课程的性质与任务计算机在材料科学中的应用是材料科学与工程专业一门同计算机应用有密切联系的专业基础课。本课程的教学目的是在加强读者对基础知识、基本方法掌握的基础上，结合材料科学研究领域的新方法、新技术中计算机的应用，注重培养学生利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。2.课程的基本内容和要求通过学习本课程应主要掌握以下几方面的内容：（1）材料科学研究中数学模型的建立方法、常用的数值分析方法和主要物理场的数值模拟 ；（2）材料行为工艺的计算机模拟方法;（3）材料数据库和专家系统与新材料、新合金的计算机辅助设计；（4）材料加工过程的计算机控制、计算机在材料性能检测方面的应用；（5）材料科学研究中计算机数据和图像分析、处理方法；（6）利用互联网进行文献检索并研究材料方面的有关问题。3.教学环节与学时分配课堂教学：40学时（包括课堂讨论等教改环节）上 机：26学时总 计：66学时二、教学内容与教学计划绪论 1学时课程的性质与任务，主要内容及研究方法，本课程的特点与学习方法，材料科学发展简史。第一章 材料科学研究中的数学模型 3学时1.教学内容与学时（1）数学模型基础 1学时（2）建立数学模型的一般步骤和原则 1学时（3）常用的数学建模方法 1学时2.重点与难点（1）重点：数学模型及有关概念，建立数学模型的一般步骤和原则，四种常用数学建模方法。（2）难点：四种常用数学建模方法的理解与应用。 第二章 材料科学研究中常用的数值分析方法 6学时1.教学内容与学时（1）有限差分法 2学时（2）有限元法 2学时（3）有限元软件介绍 2学时2.重点与难点（1）重点：有限差分法与有限元法的基本原理、概念，差分方程的建立步骤，及差分、差商的概念，差分方程的求解方法，有限元法中的直接刚度法，有限元法的基本理论。（2）难点：差分方程的解法、有限元法的直接刚度法、有限元法基本原理中的加权余量法和里兹法的具体理解。第三章 材料科学研究中主要物理场的数值模拟 5学时1.教学内容与学时（1）温度场计算 2学时（2）应力场、浓度场计算 3学时2.重点与难点（1）重点：温度场计算的初始条件与边界条件，平面温度场的有限差分与有限元求解方法，平面三节点三角形单元的划分规则；应力场计算中应力与应变方向的确定规则，平面应力场的几何方程与物理方程，弹性问题的求解方法；浓度场的有限差分解法。（2）难点：平面温度场的有限元求解方法，应力场计算的弹性问题求解，浓度场的有限差分解法。第四章 材料科学与行为工艺的计算机模拟 3学时1.教学内容与学时（1）组织转变的计算机模拟 1学时（2）计算机相平衡计算方法 1学时（3）相图计算发展历程和计算机软件介绍 0.5学时（4）计算机模拟在材料科学中的应用 0.5学时2.重点与难点（1）重点：计算机相平衡计算方法，包括用CALPHAD方法计算相图的主要步骤与优点；计算机模拟在材料科学中的应用。（2）难点：计算机相平衡计算方法。第五章 材料数据库和新材料新合金的设计 5学时1.教学内容与学时（1）数据库系统的组成与结构 1学时（2）材料科学与工程数据库 1学时（3）专家系统 1学时（4）人工神经网络技术 1学时（5）人工神经网络在材料科学中的应用 1学时2.重点与难点（1）重点：数据库系统的组成与结构、数据库数据的主要特征；PC-PDF检索系统及FACT系统的应用；专家系统的相关概念、工作原理及类型；人工神经网络的基本概念、结构、学习方法及规则；人工神经网络在材料科学中的应用。（2）难点：专家系统的开发应用、人工神经网络的结构、原理及开发应用。第六章 材料加工过程的计算机控制 4学时1.教学内容与学时（1）计算机控制基础 2学时（2）计算机控制系统的输入与输出 1学时（3）材料加工的计算机控制 1学时2.重点与难点（1）重点：计算机控制系统的基本原理、分类、基本功能、组成与结构及一般概念，可编程控制器的基本特点，计算机控制系统的主要特点和基本要求；检测与转换技术及传感器；材料加工过程的计算机控制。（2）难点：计算机控制系统的基本原理、材料加工过程的计算机控制。第七章 计算机在材料检测中的应用 4学时1.教学内容与学时（1）材料成分的检测 1学时（2）材料组织结构的检测 1学时（3）材料力学性能的检测 1学时（4）材料物理性能的测量 1学时2.重点与难点（1）重点：分析电子显微方法与光谱分析方法的相关概念、基本原理，计算机系统应用软件的功能；金相图像分析系统的相关应用，材料缺陷的计算机评定，显微组织的计算机防真；万能材料实验机的原理、组成及功能冲击实验的装置组成；冲击法测量磁性装置的组成。（2）难点：各种方法的基本原理，显微组织的计算机模拟。第八章 材料科学研究中的数据与图像处理 4学时1.教学内容与学时（1）材料研究中的数据处理 2学时（2）材料科学研究中的计算机图像分析与处理 2学时2.重点与难点（1）重点：Origin软件的基本功能和使用方法，Photoshop软件的基本功能与使用方法。（2）难点：Origin在材料科学研究中的应用，粒径分析中的图像处理方法及算法。第九章 互联网在材料科学研究中的应用1.教学内容与学时 2学时（1）Internet概论 0.5学时（2）互联网上材料科学信息资源的检索和利用 0.5学时（3）材料科学文献检索 1学时2.重点与难点（1）重点：材料科学文献的检索方法与各种材料数据库的使用方法。（2）难点：各种材料科学专业网站的检索及数据库利用。复习 3学时三、上机 本课程共安排13次上机，26学时。1.互联网在材料科学中的应用 6学时2.ANSYS软件的使用及上机实践 4学时3.Thermo-Calc系统与FACT系统上机实践 4学时4.PC-PDF系统上机实践 2学时5.Origin软件上机实践 6学时6.Photoshop软件上机实践 4学时四、教材与参考书1.教材 许鑫华，叶卫平.计算机在材料科学中的应用.机械工业出版社,2003年第一版.2.主要参考书（1）邱大年.计算机在材料科学中的应用.北京工业大学出版社,1990年第一版.