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第一章 绪论1

1.1 材料科学与工程1

1.1.1 材料科学的研究领域及特点1

1.1.2 材料科学的研究方法和手段1

1.2 现代计算机技术与应用2

1.2.1 现代计算机技术的发展2

1.2.2 计算机技术的应用范围及特点2

1.2.3 计算机硬件与软件3

1.2.4 计算机的操作系统4

1.3 材料科学与工程中的计算机应用4

1.3.1 计算机技术在材料设计中的应用4

1.3.2 材料科学与工程中的数据库4

1.3.3 人工智能（AI）理论与材料科学5

1.3.4 计算机模拟在材料科学中的应用6

1.3.5 计算机用于材料性能检测7

1.3.6 材料成型过程中的计算机应用7

参考文献9

第二章 材料价电子结构及性能的计算机分析11

2.1 价电子理论基础11

2.1.1 原子的结构与键合11

2.1.2 余氏理论14

2.1.3 程氏理论19

2.1.4 余氏理论与程氏理论之间的关系20

2.2 合金电子结构在合金成分设计中的应用21

2.2.1 相结构因子21

2.2.2 相结构因子与热力学相变的关系22

2.2.3 界面结合因子22

2.2.4 界面的电子结构与力学性能的关系24

2.2.5 相结构因子和界面结合因子在合金设计中的应用24

2.3 计算机在合金电子结构计算中的应用25

2.3.1 计算机在合金相空间电子结构计算的应用25

2.3.2 合金相界面电子结构计算27

2.4 计算机辅助合金成分设计实例31

2.4.1 耐磨材料的设计31

2.4.2 低合金超高强度钢成分设计34

参考文献39

第三章 材料科学中的计算机模拟41

3.1 计算机模拟概述41

3.1.1 计算机模拟的历史41

3.1.2 计算机模拟的研究范畴43

3.1.3 材料研究的主要模拟技术43

3.2 蒙特卡罗模拟方法45

3.2.1　MC方法的发展45

3.2.2　MC方法基础46

3.2.3　MC方法在材料科学领域的应用49

3.3 分子动力学模拟方法51

3.3.1　MD方法的发展51

3.3.2　MD方法基础52

3.3.3　MD方法在材料科学领域的应用55

3.4 元胞自动机模拟方法59

3.4.1　CA方法概述59

3.4.2　CA方法在材料科学领域中的应用61

3.5 有限差分法与有限元法64

3.5.1 有限差分方法64

3.5.2 有限元法68

参考文献81

第四章 材料科学与工艺过程的计算机应用82

4.1 计算机在材料组织转变过程中的应用82

4.1.1 TTT和CCT曲线82

4.1.2 TTT（等温转变）曲线的模拟83

4.1.3 CCT（连续冷却转变）曲线的模拟85

4.2 相图及其计算88

4.2.1 相图计算原理88

4.2.2 采用计算机计算相图89

4.2.3 计算相图软件简介95

4.3 计算机在金属热加工工艺中的应用99

4.3.1 加热和冷却过程中相变与温度及应力之间的关系99

4.3.2 加热和冷却过程中温度的分布计算100

4.3.3 加热和冷却过程中溶质浓度的分布计算103

4.3.4 金属固态相变过程的计算问题105

参考文献106

第五章 材料研究中的计算机控制与检测系统108

5.1 计算机控制系统基础108

5.1.1 计算机控制系统的构成108

5.1.2 计算机控制系统的分类110

5.1.3 用于工业控制的计算机分类及选择方法111

5.1.4 计算机测控系统的输入输出部件113

5.2 材料热加工设备的计算机控制113

5.2.1 温度测量与控制113

5.2.2 碳势控制原理115

5.2.3 氮化工艺的计算机控制116

5.3 用于材料检测的电子显微镜117

5.4 材料组织结构的检测118

5.4.1 金相图像分析系统118

5.4.2 材料缺陷的计算机分析120

5.4.3 材料显微组织的计算机仿真121

5.5 计算机在材料性能检测中的应用123

5.5.1 差热分析系统（DSC）123

5.5.2　X-射线衍射系统124

5.5.3 材料试验机中的计算机辅助测试系统126

参考文献127

第六章 材料科学中的数据库及人工智能的应用129

6.1 数据库技术129

6.1.1 数据库技术的发展129

6.1.2 数据库系统中的数据模型130

6.1.3 数据库系统结构及其特点131

6.1.4 工程数据库特点及其应用131

6.2 材料科学领域的数据库132

6.2.1 材料数据库的特点及发展现状132

6.2.2 工业部门对材料数据库的需求133

6.2.3 常用合金钢数据库的设计与实现134

6.2.4 用于分析物质结构的PDF检索系统140

6.2.5 数据库技术在材料成型领域中的应用144

6.3 专家系统及其在材料科学中的应用145

6.3.1 专家系统构成及工作原理145

6.3.2 专家系统的特点及类型146

6.3.3 材料领域应用的专家系统147

6.3.4 典型专家系统发展与应用150

6.4 人工神经网络技术及其在材料科学中的应用153

6.4.1 人工神经网络基本理论154

6.4.2 人工神经网络在材料科学中的应用156

6.4.3 人工神经网络应用于材料领域的现存问题及展望161

参考文献161

第七章 材料科学研究中的数据与图像处理163

7.1 利用Origin 7.0进行数据处理163

7.1.1　Origin 7.0基础163

7.1.2　Origin 7.0数据操作165

7.1.3 图形绘制168

7.1.4 曲线拟合174

7.1.5　Origin 7.0在材料科学研究中的应用举例176

7.2 计算机图像处理在材料科学研究中的应用181

7.2.1 图像处理基础181

7.2.2 利用Photoshop对材料图像分析与处理181

7.2.3 体视学与图像分析技术在材料科学中的应用183

7.2.4 分形理论及其在材料科学中的应用186

参考文献188