刍议计算机技术在材料科学研究中的重要性

贺喜平 长江大学计算机科学学院



刍议计算机技术在材料科学研究中的重要性

贺喜平 长江大学计算机科学学院

摘 要：计算机作为现代化的工具对各个领域来说都有着极为重要的作用，尤其是在材料科学的研究发展中发挥着愈来愈重要的作用，材料科学属于研究材料的一种综合性学科，如，以钢铁行业为例来说，高炉内温度的测量、炉内流体运动的监控、高炉使用寿命的仿真等等都离不开对计算机的使用。随着各项产业的逐渐精细化和完整化，对计算机的使用要求也在不断地提高，计算机在材料科学中可以说是有着广阔的发展前景。

关键词：材料科学 计算机技术 重要性

现代高新产业技术的不断发展，对我们所需材料的性能等方面也提出了较高的要求，同样的，对于材料科学研究领域本身来说，要求也是越来越高了，那么，材料科学研究的发展又是怎样与计算机建立起了密不可分的联系呢？这就需要我们在充分了解计算机与材料科学关系的基础上来具体地分析计算机在材料科学中的几个应用。

现在，材料科学领域已经有了一个较好地发展，这就需要我们在充分利用计算机的前提下把对材料科学的研究推向一个全新的高度，同时，这个新发展将大大提高研究领域的使用效能。

一、常用计算方法和数据处理

常用计算方法和数据处理：常用数值分析方法；线性方程组解法；最小二乘法曲线拟合；三次样条插值函数；数值分析软件及应用举例；材料科学研究中的数据处理；材料科学研究的数据类型；材料研究中的数据分析；材料研究的实验设计；图象处理在材料领域的应用；数据分析软件介绍及应用举例。

二、材料科学研究中数值模拟方法基础

材料科学研究中数值模拟方法基础：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；有限元法的基本理论；现代有限元分析软件简介及在各专业方向应用举例。

三、材料科学与工程中的物理场计算机分析

材料科学与工程中的物理场计算机分析：温度场计算机分析；温度场及传热学问题；导热微分方程；导热问题的数值解析；非稳态导热问题的有限差分格式；温度场计算机分析举例；浓度扩散场计算机分析；扩散方程；扩散方程初始条件和边界条件；扩散方程的数值解析及针对物理场和温度场在各专业方向实际过程介绍。

四、材料相关学科和计算机学科的相互交叉

（一）材料学和计算机学科的相互学习和使用。从一定程度上，计算机科学与材料科学之间没有明确的界限，也就是说，当我们在学习材料科学的时候，需要间歇式地学习一些计算机相关知识。计算机和材料相关学科是结合在一起的，它们的交叉体现在要通过计算机的高技术手段来研究材料的性质、仿制材料的构成。

（二）在材料科学研究中使用计算机不可缺少。在材料科学的研究过程中，分析材料的性能、分析材料的组成、新性能材料的设计以及制备方法、加工工艺等等都需要用到计算机；材料科学研究的每一个领域倘若离开计算机就无法正常完成任务，因此说，计算机在材料科学研究领域中起着不可忽视的重要作用，更是材料科学研究中的高科技工具。通过对计算机的运用，材料科学的研究才能更趋向自动化与集成化。

五、利用计算机技术更好的为材料科学服务

（一）方便研究人员进行知识交流和查阅。运用计算机网络的强大功能可以为材料科学行业的研究人员提供更加便捷的服务，通过计算机网络，研究人员可以查阅自己所需要的科研资料、及时关注材料科学研究领域的最新动态、了解材料科学研究的发展方向、并且可以发表自己的论文以供广大阅读者学习，同时还可以建立自己的网页来专门介绍自己的研究成果，以此通过计算机网络实现了科研人员之间的交流研究，也可以进一步推进材料科学的巨大发展。

（二）用于材料的开发加工和构造的理论等方面的分析。在材料科学的开发设计过程中，计算机的作用尤为重要，新材料研究开发中，需在结合理论的基础上运用计算机来实现预报材料的组成、结构以及性能，而且，通过理论设计来定做新材料的时候更是离不开对计算机的使用，因此说，计算机在设计新材料领域中发挥着不可替代的作用。它促进材料科学的向前发展，同时也为材料科学的开发设计做出了一定的贡献。

（三）可以发挥出计算机在数值模型等方面分析的功能。在对材料分析和研究中，很多时候要利用计算机软件对真实地操作系统进行一定的仿真模拟操作，同时提供模拟的结果来有效地促进材料科学研究的发展；通过计算机模拟可以把真实的操作结果与仿真模拟的结果相比较，从而来检验数据模型的准确性和正确性；对于计算机模拟系统的应用遍及材料科学的整个环节中，对材料科学的研究可谓是起着非常重要的作用，通过对材料的合成、研究性能设备等方面来更好地促进材料科学领域的发展。

（四）强大图像分析功能在材料学当中的应用。在材料微观构造的分析中，会出现大量的数据以及需要对图像进行必要的处理。在这种时候，充分借助计算机的存储处理功能不仅仅可以保存大量的数据，而且在一定程度上可以减少对人力的使用，节省我们宝贵的时间；同时，计算机在计算存储方面标准正确，我们就不用再担心对数据处理出错的问题了；对于材料研究过程中的图像处理也会方便得多，利用计算机的图像处理功能来研究材料的结构组成则会更加方便快捷。

通过以上分析可以看出，材料科学作为一门新型的学科不仅涉及面广，而且发展还不是那么的成熟，当前对于它的研究仍需要一个过程去努力进行探索，我们仍需要一个很长的阶段去探讨。作为高科技之一的计算机，在当今社会各个领域的发展中都起着极为关键的作用，同样，在材料科学研究过程中的作用也是不可忽视的，计算机为材料科学的发展提供了重要的工具，以此来推进材料科学领域的发展，并成为了材料科学研究领域中的重要工具。

参考文献：

[1]吴兴惠，项金钟.现代材料计算设计教程[M].北京.电子工业出版社，2006.

[2]龚曙光，罗显光.ANSYS基础应用及范例解析[M].北京.机械工业出版社，2003.

[3]廖常初.PLC基础及应用[M].北京.机械工业出版社，2003