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材料科学中计算机技术的应用

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  • 更新时间2021-04-26
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  摘要:材料科学涉及的内容比较多,属于一门综合性比较强的学科,在发展的过程中融入计算机技术在很大程度上提升了材料科学的发展水平。例如,钢铁行业的发展和经营及炼钢过程中温度和流体运动的监测等,这些精细化的活动都需要计算机技术作为必要的支持。如今,人们对材料提出了更高的需求,这也为计算机在材料科学中的发展奠定了现实基础。因此,文章结合具体的应用方式及其注意事项进行更为细致的论述,旨在为促进材料科学的发展提供支持。

  

  关键词:计算机;材料科学;具体运用

  

  现阶段,计算机在材料科学领域得到了非常广泛的应用,尤其在材料液态成型、连接成型和塑性成型的过程中,借助计算机技术的先进性可以对材料成型工艺进行升级和优化,运用定量预测的方式代替传统模式中的动向描述。有关技术人员能够借助这种方式来提升自身的工作效率,同时防止人工误差对材料、工艺和环节造成的影响[1]。如今,经验试错法已经不适于当今时代的发展趋势,在计算机的协助之下,工作人员能够以更加便捷可靠的操作形式进行试验。将计算机技术运用到材料科学中,有助于形成质量好、实用性强的材料。

  

  1计算机技术在材料科学中的应用

  

  1.1在新材料设计中的应用

  

  在分析材料设计的具体方式和尺寸测量等知识的过程中,应该将人工智能和大数据技术等当下比较火热的新技术运用到新材料设计工作中,这样能够拓展研究人员的思维,让他们在实际工作中加入更多的创新理念。利用传统模式进行工作的过程中需要运用复杂的化学理论和物理理论,计算机技术能够将这些杂乱的试验资料进行整合,并且衍生出全新的材料研发形式,从而有效提升工作效率,也提高了材料设计的整体质量[2]。

  

  1.2在材料研究中的应用

  

  在进行材料研究的过程中,对于技术工作人员来说,其日常工作过程中一项非常重要的内容就是进行系统模拟试验,为了达到实验的理想效果和目的,需要技术人员掌握计算机的操作知识和专业技能,在进行材料研究的工作中发挥自身的价值。通过计算机模拟出来的结果能够使技术人员获得有效的数据,并且为后续各项工作提供必要的数据基础。计算机模拟需要结合新材料设计的具体工作来展开,如果能够将计算机的模型作为实体体系的主要参照,那么后续模拟试验的进行将会更具有真实性[3]。借助这种方法得出的结果不仅准确有效,还能够将一些繁杂的环节简化,还能够对工作的状态进行实时的观察和分析。在以往的传统模式下,实验室具有一定的局限性,其中有很多难以探索的模型,但是这些模型均可以借助计算机模拟出结果,这种全方位预测的模式是其他技术无法比拟的。

  

  1.3在优化和自动控制材料以及工艺中的应用

  

  目前,科学技术水平的快速发展已经带动很多技术在各个领域中得到了全面的应用,在材料加工领域也是如此。在技术的支撑下,工作人员可以利用可编程控制器来实现材料加工的自动化发展,这种技术能够有效提升产品的整体质量和水准。在材料加工环节也可以借助计算机技术,为相关技术人员提供更多的便利,一些利用传统模式进行加工的复杂环节均可以借助这种技术变得更加简便,技术人员只需要通过简单的操作流程就可以完成材料加工[4]。由此观之,计算机能够有效地提升材料加工的整体效率,同时还能够达到控制材料或创新工艺的效果。例如,材料科学技术人员在展开材料加工工作的过程中,可以在计算机模型中输入相应的数据,在数据输入之后就可以通过计算机的自动化设置和转换得出最终的结果。这种模拟方式比较精确,同时还能够对后续材料制备的各个环节进行全面的监管。尤其是在传统模式下比较常见的材料表面问题处理工作中,计算机技术能够发挥非常重要的作用,在对制造材料过程中的内容进行控制时,确保各项数据在要求的范围内。在此基础上,如果能够进一步将计算机应用到自动控制材料的工作中,能够有效发挥出计算机在材料制作和工艺优化等方面的优良特性。此外,除了能够有效提升材料科学领域发展的实效性,还能够从质量和自动化控制的标准上对其进行全面的提升。

  

  1.4在处理数据和图像中的应用

  

  在对材料科学进行研究的过程中,无论是借助什么方式都必须经过试验的步骤,在不断实验的过程中会产生海量的数据和信息,对此,可以借助计算机强大的存储功能来保存数据。除了录入信息和数据,计算机还可以承担处理图像的任务,关于材料科学的研究很多时候都需要应用到相应的图像,尤其是在研究的过程中,可能会涉及材料特性和凝聚态结构之间的关系,因此需要借助电子显微镜技术和光学显微镜等形式来展现凝聚态结构的二维图像[5]。在呈现出图像之后,计算机将会进一步对后续图像和数据进行处置,在此基础上获得的结果将更加直观可靠。例如,计算机能够直接产生聚合方式的具体分布情况和有关的信息,同时结合自身整合数据的方式展现出信息材料的实际性能,这些结果能够为后续材料的应用和与结构方面有关的研究提供参考

  

  2计算机技术自身实际应用表现

  

  2.1计算机模拟技术在液态金属成形中的应用

  

  计算机数值模拟技术在液态金属充型期发挥着非常重要的作用,只有在保障各项数值精确可靠的基础上才能够达到液态金属充型期的理想效果。借助计算机技术能够在处理自由表面工作的过程中充分利用体积函数和流量的有关数据,同时还能够计算出与修正流量和传热有关的结果。经过对层流模型和有关工作的实验验证之后,能够准确地模拟出液态金属充型期的双方模型结构[6]。如今又衍生出了很多的算法和模式,例如并行算法、三维有限差分法和三维有限单位法等。在使用这些方法的时候,需要结合具体情况来进行选择,每一种方法都存在着双面性,因此应该尽量发挥算法中的优良特性,选择主要的侧重点,这样不仅能够发挥出理想的效果,还能够保障整体工作的有效性和准确性。

  

  2.2计算机模拟技术在热处理工艺中的应用

  

  计算传热学和热弹性力学对当今计算机模拟技术的发展和应用起到了不可忽视的作用,借助这种技术不仅能够提高计算机模拟研究的速率,还能够借助热处理计算机模拟技术为后续工作的开展奠定基础。在此基础上,如今很多领域都应用了真空加热、控制炉温和感应加热等技术,不仅取得了举世瞩目的成果,还有效推动了我国经济的发展。其中,计算机模拟技术在热处理工艺中应用的频率比较高,运用计算机模拟技术能够实现热处理工艺的优化。例如,利用计算机技术进行钢淬火方面的模拟试验时,为了能够提高计算机的运行速率,同时保障各项数据和模型具备准确性,需要保证实际模拟需求能够和热弹性模型的构建工作相结合,除此之外,应该控制周围的环境,使其保持合理的温度和残余应力,从而实现钢淬火流程的优化和改良。在此基础上,此技术在气体渗碳的过程中也发挥了不小的作用。借助离子渗碳数学模型和计算机模拟技术,可以得到与碳浓度有关的曲线,将得出的结果与具体的情况和特点进行对比,并且找出二者之间相同的部分。在进行真空加热和感应加热的过程中,整个系统中的工艺参数能够及时录入计算机模拟的模型中,通过这种方式能够解决传统模式中存在的人工误差因素,这样不仅能够提升产品的整体水准,还能充分保障数据的真实性。技术人员在接触到计算机技术之前容易造成各种误差,还面临着繁杂的操作流程。利用这种方式不仅能够通过参数的控制来掌握各项工艺,还能够避免上述问题的发生。除了上文列举的几种应用形式,在塑性成型、连接成型和金属热处理工作中也能够有效地借助计算机技术。因此,计算机技术在材料学的应用所产生的效果是显而易见的,在未来的发展过程中具有较高的应用价值。

  

  3结束语

  

  计算机技术的应用,使材料科学在各方面水平都得到了有效的提升,但是仍然有部分工作人员没有认识到计算机技术的重要性,仍然采用传统的模式来进行工作,将自身的经验作为主要的参照标准。在未来的发展过程中,应该摒弃这种思想,提升计算机的利用率,借助计算机技术来解决传统模式中存在的一些问题和弊端,通过正确的使用方法来提高材料科学研究工作的整体效率和质量,相信在计算机技术的支持下,材料科学将会朝着更加科学和健康的方向发展。

  

  参考文献

  

  [1]万志华.计算机技术用于材料数据和图像处理:评《计算机在材料科学与工程中的应用》[J].材料保,2020,53(11):191.

  

  [2]宗朔通,郭琦.《计算机在材料科学中的应用》课程的探索研究[J].山东化工,2020,49(21):174+176.

  

  [3]郑建秋.计算机模拟技术在材料科学研究中的应用浅析[J].厦门城市职业学院学报,2020,22(2):91-96.

  

  [4]董抒华,张明伟,焦学健,等.《计算机在材料学中的应用》课程说课设计[J].山东化工,2019,48(21):210-211.

  

  [5]陈锟,刘克家,施宇涛,等.“计算机在材料科学中的应用”课程改革与实践[J].广州化工,2019,47(1):125-126.

  

  [6]李芸华,王艳丽.计算机在材料科学领域方面的应用[J].信息记录材料,2018,19(10):31-32.

  

  作者:刘建行 单位:湖北第二师范学院