计算机在材料科学中的应用市公开课金奖市赛课一等奖课件

计算机在材料科学中的应用材料科学与工程学院刘旭俐福州大学多媒体课件第1页第2章材料研究中数据与图像处理

2.1材料研究中数据处理.

2.1.1数据处理软件介绍.2.1.2Origin基本功效.2.1.3Origin在材料研究中应用.

目录1第2页目录22.2材料加工研究中图像分析.

2.2.1数字图像获取2.2.2图像分析软件介绍2.2.3Photoshop基本功效2.2.4Photoshop在材料研究中应用第3页2.1材料研究中数据处理2.1材料研究中数据处理数据处理范围数据存贮数据快速查找数据后续处理计算绘图拟合分析第4页2.1.1数据处理软件介绍2.1.1数据处理软件介绍

Origin.

Excel

Matlab

Mathmatica

Maple第5页Origin

OriginOriginproAdd-onmodules

OriginLab企业开发

1991年问世

特点：功效强大界面友好直观操作简单易学功效开放

图形可视化和数据分析软件第6页Excel

Excel

Microsoft企业开发

1985年上市

特点：界面友好直观操作相对简单易学功效相对简单

办公自动化软件第7页Matlab

Matlab

MathWork企业开发

1984年推向市场

特点：界面友好直观输出结果可视化功效丰富使用难度较高

线性系统分析和仿真工具矩阵知识计算机编程技术丰富函数和命令第8页Matlab例:解线性方程123x1366456x2=804780x3351其输入以下:>>A=[123;456;780]>>b=[366;804;351]>>x=inv(A)＊b第9页MatlabA=123456780B=366804351X=25.000022.000099.0000屏幕显示结果:第10页Mathmatica

Mathmatica

StephenWolfram领导小组开发

1987年推向市场

特点：以符号计算见长高精度数值计算功效和强大图形功效

能够作为一个算法语言，编写程序计算

数学分析型软件第11页Mathmatica例:解代数方程Out[1]={{x->1},{x->(-1)2/3},{x->(-1)4/3}}其输入及屏幕显示以下:In[1]：=Solve[x^3-1==0,x]x3-1=0第12页Maple

Maple

加拿大Waterloo大学

1985年首次推向市场

特点：含有强大符号运算能力数值计算能力、图形处理能力借助键盘和显示器进行各种科学计算、数学推理、猜测证实以及智能化文字处理.

交互式计算机代数系统第13页Maple例:求ycos(x2)导数问题其输入以下:>f:=y＊cos(x^2)>Diff(diff(f,x),y)=diff(diff(f,x),屏幕显示结果:f:=ycos(x2)第14页2.1.2Origin基本功效2.1.2Origin基本功效

数据输入\编辑\保留

数据分析

拟合分析

绘图二维Graph三维Graph多层Graph

绘图第15页2.1.2Origin基本功效

数据输入\编辑\保留数学运算统计傅里叶变换数据平滑和滤波基线和峰值分析

数据分析线性拟合非线性拟合

拟合分析第16页Origin界面

Origin界面第17页窗口与菜单栏WorksheetGraphExcellLayoutMatrixNotesFunction第18页数据输入编辑保留1

数据输入\编辑\保留数据输入键盘输入.复制其它数据文件.从已经有数据文件中读入数据Origin二进制方式数据(.opj)文本格式(ASCII).Excel格式(.xls).数据库文件(.dbf)Edit→PasteFile→OpenFile→

Import→ASCIIFile→

Import→ODBC第19页数据输入编辑保留2数据编辑Edit→Clear删除数据(格\列\行)修改数据改变数据列名称.改变数据属性.改变数据类型.Column→Format→Column→OptionsFormat→Column→ColumnName第20页数据输入编辑保留3数据保留ASCII文本格式保留数据.File→ExportASCII

Origin二进制方式保留数据.File→SaveFile→SaveAs第21页数据分析1

数据分析数学运算算术运算.减去参考直线垂直或水平移动多条曲线平均插值微分.积分Analysis→Substrate→StraightLineAnalysis→Calculus→DifferentiateAnalysis→Calculus→IntegrateAnalysis→Interlolate→ExtrapolateAnalysis→Translate→VerticalAnalysis→AverageMultipleColumn→SetColumnvalues第22页数据分析2统计描述性统计t-检验方差分析频数统计.正态统计.列/行统计.Statistics→DescriptiveStatistics→FrenquencyCountStatisticsonColumns/RowsNormalityTest(Shapiro-Wilk)单样本t-检验.双样本t-检验.Statistics→HypothesisTesting→OneSamplet-TestTwoSamplet-Test直方图质量控制图存活率分析方框图方差分析.t-检验描述性统计Statistics→ANOVA→单因子方差分析.双因子方差分析One-WayANOVATwo-WayANOVA第23页拟合分析

拟合分析线性拟合一元线性拟合.多元线性拟合.非线性拟合.Tools→LinearFitStatistics→Multipleregression激活Graph窗口Analysis→Fit(各种形式)第24页绘图二维Graph.

绘图均值及标准差图形表示双Y轴表示直方图\扇形图函数图形绘制Column→SetasYErrorPlot→

选定两列Y数据Plot→SpecialLine/Symgol→Double-YPlot→Statisticalgraphs→HistogramFile→New→Function→写入函数公式Plot→第25页2.1.3Origin在材料研究中应用2.1.3Origin在材料研究中应用实例

反应结合氧化铝动力学机理研究

数学模型建立和拟合

谱线处理第26页反应动力学机理研究1

反应结合氧化铝动力学机理研究以陶瓷(Al2O3)及金属铝复合粉末为原料，控制条件使铝氧化成为氧化铝，研究反应过程中氧化过程和机理。1.采取热分析仪取得温度-失重数据、热失重曲线2.明确反应动力学机理数学模型.3.数据分析.第27页反应动力学机理研究2(试验结果)Temperature(℃)--36038040044048052056060064068072076080084088092096010001040108011201160Wtloss(%)-6.42-6.21-5.86-5.37115-4.55434-2.40855-0.706713.790285.059415.154595.710556.086196.652346.880526.993397.411287.617298.983899.511389.725769.782610.48278试验结果第28页反应动力学机理研究3(数据计算)第29页反应动力学机理研究5(作图)第30页反应动力学机理研究6（线性拟合）第31页反应动力学机理研究7（线性拟合）第32页反应动力学机理研究8（线性拟合）Y=3.50562-0.99977第33页数学模型建立和拟合

数学模型建立和拟合以IF(无间隙原子)钢再结晶过程为例。明确可用数学模型.JMAK模型:新再结晶模型:第34页数学模型建立和拟合2.经过试验取得再结晶动力学曲线方法同”反应动力学机理研究”以ln[-ln(1-Xv)]为横坐标,以lnτ为纵坐标作图已再结晶分数Xv-时间τ曲线3.模型系数计算及验证模型变形(JMAK模型):采取线性拟合得到截距、斜率由截距和斜率计算n，κ第35页谱线处理

谱线处理曲线拟合.曲线平滑.Analysis→Smoothing→基线与数据背景校正.Analysis→Substract→谱微分和积分.Analysis→Calculus→Analysis→Fit……..→谱图分辨.第36页曲线平滑第37页基线与数据校正第38页谱微分与积分第39页曲线拟合第40页作业作业2：选择你们在《材料性能学基础试验》中任意一个试验为对象，采取Origin进行数据处理分析。（尽可能多地练习各种功效）。（没有数据请自行设计）

选择你们在《当代材料分析技术》中XRD谱为对象，采取Origin进行数据处理分析（尽可能多地练习各种功效）。

(没有图谱请E-mail:

wgxl@)第41页作业要求作业要求及提交:将上两题作业分别以“性能学试验结果分析”“XRD谱分析”保留;2.提供WORD文档一份，说明你进行试验及试验数据计算需要用到计算公式、你在数据分析中完成分析项目，及XRD谱分析项目.以你名字或学号保留3.将上述三个文件存入以各位同学学号为名字文件夹中，汇总至各班班优点，以压缩文件包发至wgxl@第42页XRD谱0第43页XRD谱1第44页XRD谱2第45页XRD谱3第46页XRD谱4第47页XRD谱5第48页XRD谱6第49页XRD谱7第50页XRD谱8第51页XRD谱9第52页XRD谱10第53页XRD谱11第54页XRD谱12第55页XRD谱13第56页均值标准差图1第57页均值标准差图2第58页均值标准差图3第59页均值标准差图4第60页均值标准差图5第61页数据输入1(数据键盘输入)第62页数据输入2(ASCII格式数据读入)第63页数据输入3(XLS/DBF数据读入)第64页数据属性1第65页数据属性2第66页数据类型1第67页数据类型2第68页改变数据列名称1第69页改变数据列名称2第70页改变数据列名称3第71页数据保留1第72页数据保留2第73页算术运算1(材料断裂韧度)算术运算以材料断裂韧度(KIC)计算为例:P为断裂载荷(N)L为跨距(20mm)w为试条宽度(mm)h为试条高度(mm)a为槽深（mm）Y为几何因子，当L=4h时，第74页算术运算2(材料断裂韧度)a.完成数据输入.b.利用函数表示式对数据格或数据列赋值.Column→SetColumnValues分别计算a/h;Y;KIC;第75页算术运算3(断裂强度数据输入)第76页算术运算4(计算a/h)第77页算术运算5(计算Y)第78页算术运算6(计算KIC)第79页微分1第80页微分2第81页微分3第82页列/行统计1列/行统计第83页列/行统计2第84页列/行统计3第85页频数统计1第86页频数统计2第87页频数统计3第88页正态统计1第89页正态统计2第90页t-检验1第91页t-检验2第92页t-检验3第93页t-检验4第94页t-检验5第95页t-检验6第96页方差分析1第97页方差分析2第98页方差分析3第99页一元线性拟合1例：由试验测得某种玻璃试样伸长量与温度结果以下表,请对其进行拟合.40.270.30温度(k)伸长差值(mm)979981983986988990992994温度(k)伸长差值(mm)9969981000100210050.340.360.420.460.52