计算机技术在材料科学中的应用
材料科学作为发展尚未成熟的新兴学科，目前其研究大多依靠事实及经验的积累，以下是小编搜集整理的一篇探究计算机在材料科学中的应用领域的论文范文，供大家阅读参考。
摘要
现如今，我国各产业都朝向精细化和完整化的趋势发展，因此计算机技术的应用必不可少，且对其需求不断提高。另一方面，应用于各领域的材料科学也逐渐引起人们的重视。在此背景下，本文综合分析讨论了计算机在材料科学中的应用领域，及其实际应用的方向，以期进一步推进计算机在材料科学中的发展。
关键词
计算机、材料科学、应用
计算机作为电子信息时代的基本工具，在我们生活的各个领域均起着极为重要的作用，在材料科学的相关研究中发挥的作用也越来越重要，例如钢铁行业的测量高炉内的温度、监控高炉内流体的运动以及对高炉使用寿命的推测等都依赖于计算机的操控。现如今我国各产业大多向精细化和完整化的趋势发展，对计算机的需求不断提高。由此，不难看出计算机在材料科学中的应用有着广阔的前景。那么，如何充分利用计算机使材料科学的研究发展达到一个新的高度呢?这就要求我们对计算机、材料科学以及二者关系有充分的认知，并认真分析探索计算机在材料科学研究领域的应用方向，结合计算机的优势，更好地发展材料科学。
1.计算机在材料科学中的应用领域
1.1计算机用于新材料的设计
通常情况下，新材料的设计与制作是通过理论分析和计算，对新材料的组成成分、结构外观及性能等方面进行预报，然后结合材料设计方案制作具有特定性能或结构的新材料。材料设计主要通过多次重复实验，进行大面积筛选的方式来完成的，时间周期较长，且大量消耗人力、物力。因此，运用人工智能方法识别计算机中预先建立的知识库、数据库，归纳大批量的物理化学理论和实验资料，并以此作为理论辅助，再结合实验验证的手段进行材料设计的方法受到人们的青睐，是材料科学领域内进行研究探索的主要方向。材料设计按照空间尺寸以及设计的对象，通常分为微观设计层次、介观设计层次、宏观设计层级三个层级。其中，微观设计层次的尺度大致为1nm数量级，属于电子、原子或分子层次的微观结构设计;介观设计层次的尺度大致为1um数量级;宏观设计层级的尺度与宏观材料相对应。
1.2材料科学中的计算机模拟
现今，在许多新颖算法的模拟技术基础上，利用具有强大计算能力的计算机，能够大幅度提高材料科学中的细致程度和精确程度，可对物质内部情况有更深层次的研究。因此，计算机在材料科学研究中的应用越来越受到重视，并衍生出计算材料科学这一学科。材料科学相关研究人员常应用计算机对真实系统进行相关模拟实验，并利用计算机所提供的模拟实验结果，以展开新材料的研究工作。另一方面，计算机模拟在材料科学中的应用十分广泛，模拟对象涉及材料研制到材料使用的各个过程，例如材料合成、材料结构、材料性能以及制备和使用等。计算机模拟技术应用于材料科学研究中具有极大优势，不但可进行各类实验的模拟，还可对材料内部微观性质、宏观力学行为均有跟深层次的了解，且可在制备前提前预测新材料的性能，提供强大的理论指导。
1.3材料与工艺过程的优化及自动控制
在材料科学研究中，相关加工技术的发展主要通过控制技术的发展进步来体现，由电子计算机和可编程控制器等电子设备在材料加工过程中应用越来越广泛便可明显看出这一发展趋势。在材料的加工制作过程中，充分使用计算机技术可有效降低劳动强度，提高材料产品的精度和质量，同时增加产量。除此之外，还可通过计算机来优化控制材料加工制备的工艺过程，例如，建立有关材料的工艺数学模型后，利用计算机对其进行模拟，可通过计算机精确有效地控制渗碳渗氮的全过程。在材料制备过程中，可通过计算机精确控制相关制备过程，如在对材料表面进行热处理过程中，对炉温进行精确的自动控制等。
1.4计算机用于数据与图像处理
材料科学因其本身的特性，借助计算机的存储功能、数据和图像处理功能，可以在大量保存数据基础上，对这些数据进行高效的归纳、整理，例如计算、绘图等。另外，可进行快速查询，如材料的性能与其聚集状态的关系十分密切，通常需利用光学显微镜和电子显微镜技术，以二维图像的形式显示材料的凝聚结构状态。在此过程中，可利用计算机的图像分析处理功能进行材料功能的相关研究，获取晶体大小、聚集方式等有效的结构信息，并将其与涉及的性能相联系，对材料的结构研究具有指导意义。目前，存在大量进行材料数据处理的软件，如X衍射数据处理、最小二乘法数据处理、DPS数据处理、Origin、Excel等。
2.计算机在材料科学中的实际应用
2.1有效差分法
有限差分法是利用泰勒级数展开等方式，用网格节点上的函数值的差商来代替控制方程中的导数，并利用此方法实现连续函数的离散化，并利用有限的、离散的数值代替原有的连续函数分布。
2.2材料数据库与知识库
因工程材料种类多且特性强的特点，材料的组成成分、结构特点及特殊性能等信息共同构成了一个极为庞大的体系，给材料研究人员的查询和研究工作带来极大不便，因此利用计算机建立不同类型的材料数据库就显得尤为重要。数据库储存具体的数据值，有智能查询功能，便于材料工作者进行查询;知识库主要存储规则、规律等信息，可通过相应的数理模型进行推理、运算，提供材料的性能等方面的数据，便于工作者对材料性能的把控。
2.3材料科学研究中主要物理场的数值模拟
利用计算机可结合材料加工过程中的传热、力学问题和内部原子的迁移等方面内容，进行模拟场设计;并采用模拟场的方式，利用有限元分析法进行“传热传质过程”的数值模拟。
3.结语
综上所述，材料科学作为发展尚未成熟的新兴学科，目前其研究大多依靠事实及经验的积累，没有较为完备的系统。而计算机在材料科学中的充分应用，可使材料科学的研究发展更为系统化，达到一个新的高度。因此，科学研究工作者应提高对计算机、材料科学以及二者关系的认知，并认真分析探索计算机在材料科学研究领域的应用方向，结合计算机的优势，更好地发展材料科学。
参考文献
[1]张志涌.精通Matlab6.5版[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[2]卢百平，钟仁显.分子动力学在材料科学中的应用[J].铸造技术，2007，28(1)：146-148.
拓展阅读：计算机技术在建筑材料检测中的应用论文
摘要：
本文主要从收样、数据采集、数据处理、监督过程等方面阐述了计算机技术在建筑材料检测中的应用，并在此基础上，提出了一些计算机网络检测技术在实际应用中的建议，希望够为建筑材料检测提供一定的帮助。
关键词：
计算机技术;建筑材料检测;应用
引言
在建筑工程中，计算机系统的作用非常广泛，尤其是在建筑工程的质量监测方面。由于建筑工程的质量与人民与社会的利益息息相关，所以，采用计算机技术对建筑材料进行监测，可以有效的提高其准确度，保证建筑工程质量。
1、计算机技术的技术原理与特点
计算机网络应用于建材检测的设计构架是以内部管理为着手点，检测的日常工作，建立检测管理系统，设置记录检测状态和网络监控系统跟踪，依据业务需要实现广域网的互联。对于以上所叙述的管理内容，要想完全实现，就要解决网络监控系统、检测管理系统、实验室间联网的技术的问题。其中，检测管理系统与试验机及检测中心内部各个作业部门的终端计算机联系在一起，组成了整个检测运行环境。检测管理系统能够完成对检测试验数据的完整处理，主要有原始数据的采集，试件的收登处理以及对测试数据按照国家有关的现行标准及规程进行评定、处理。
计算机网络管理系统的优点主要有以下几方面：全面实行保密操作，也就是对每位用户设置权限，并且必须有相应的权限才可以进入各模块的操作;实现数据采集自动化;具有实验室所需要的基本管理和统计功能，也就是评定结果、自动计算，打印已交费报告以及强大的统计和查询功能;操作实行流水作业，完整再现检测过程;为了确保数据的储存和安全保护，要对系统进行定期拷贝、备份。
2、计算机技术在建筑材料检测中的应用
计算机技术在建筑材料中的应用包括收样、数据采集、数据处理、对整个采集过程的监督出具报告等各个方面，下面是具体的分析：
2.1、收样
一般是由收养人员下达的拥有相应数据的委托单，检测人员根据委托单进行材料检测。在收样阶段，通过计算机技术的应用，使整个检测工作具有系统性，整个工作的处于有效的工作状态下，在进行材料收样时，对各个检测材料可以进行自主编号，这样可以保证每个号码的唯一性，避免因号码重复带来检测数据的混乱。
2.2数据采集
在利用计算机进行数据采集时，我们可以采用数据采集仪或者相类似的数据采集设备，这类采集设备精度高，采集数据密集有效，能保证采集数据的真实性。
2.3数据处理
数据处理是整个材料检测中的关键一环，数据处理模块包括众多子系统，各个子系统应该具有数据采集、数据计算、数据判断并生成检测报告的功能。数据处理模块的大小、复杂程度完全取决于子系统，一个数据处理模块应该有若干个检测数据分项和一个总体评价模块组成建筑材料检测数据处理系统由若干个子系统组成，每个子系统之间相互独立互不影响。每个子系统都有数据输入模块，数据处理模块、检测结果输出模块、数据库、查询模块等组成。对于建筑材料来说，检测的内容众多常见的有：混凝土的抗压强度、混凝土的配合比、混凝土的水灰比、钢筋原材、钢筋的焊接、混凝土的外加剂、混凝土的弹性模量、水泥的质量等随着新产品的不断更新换代及先进的科技水平的'推进，建筑材料的检测数据系统也相应的发生改变，需要对检测的指标和检测内容进行升级。
2.4监督过程
通过引入计算机控制系统，可以对材料检测的各个环节进行实时监控，计算机具有实时拍摄及存盘的功能，在检测过程中或者检测审查过程中可以及时的发现检测问题，对整个检测过程进行全面的追踪。网络监控系统主要对一些破坏性试验项目如砂浆、混凝土、水泥等检测项目的试件工作情况进行拍摄，并且要求试件破坏过程与原始数据的生成曲线同步、对应。
2.5实验室与实验室之间的数据交换
实验室与实验室之间的数据交换是通过计算机网络实现的，通过数据交换系统，技术人员能够做到在不亲临现场的情况下对检测工作进行远程监督，这样不仅能节省工作人员的时间还能够节约成本。目前，实验室联网的远程数据交换系统有很多模式，但最常用和最经济的方式为使用SQL型数据交换系统，其最大的优点是每个服务站点原有的C/S架构程序不用修改，只需增加数据交换系统就可以实现。其基本思想是在互联网中设置转发服务器，各站点通过转发服务器交换数据。
2.6出具报告
在进行检出材料检测时，要出具相关的检测报告。计算机系统可以提供规范、标准的数据监测报告。数据监测报告是为工程建设过程中以及竣工后的质量监测提供依据，所以，对数据的每次监测都要提供具有准确监测结果的数据报告给建筑单位。将监测数据以计算机可以识别的方式进行录入，并用相关的表格数据处理软件，如excel等，计算机系统就可以按照固定的格式打印出数据监测报告，如果表格发生变化，计算机系统也会做出相应的格式变化，将数据监测报告按照统一的规范、标准进行要求。
3、对计算机网络检测技术在实际应用中的几点建议
3.1、建立科学试验室管理制度
检测试验管理工作是建筑材料质量测试过程重要环节，在计算机化管理过程中稍有疏忽将会导致系统数据全部错乱或丢失。因此，科学建立试验管理制度是实现计算机化管理的首要任务。在几年的计算机化管理中，我站试验室制订出相应的《工作岗位责任制》，进入试验前的《仪器设备检查制度》、《计算机操作及网络运行检查制度》，为防止中途计算机自动录入因停电或软件出现故障而造成数据的丢失，配备相应的切合不间断电源、数据自动录入电脑并打印(打印自动录入的当前数据)和光盘备份，使计算机系统处于一种更科学又安全的良好状态下运行。
3.2、加强审核的自动化程度
当前，检测管理系统的操作中，由于“报告审核”还处在人工核查阶段，所以在检测业务较多的时候，工作量就会显得非常大，再加上电脑屏幕显示的特别多的信息内容，就造成报告错误难以识别，进而使有着较大的审核出错率。因此，要加强检测管理系统审核的自动化程度，设置一些自动更正功能或自动识别功能，为审核人员自动提示经常出错的情况或比较较明显的异常检测数据。
3.3、探索更合适的建材检测软件
目前，实验室联网使用较多的是利用互联网中设置转发服务器的方式，这种方式虽然经济方便，但是其传输技术不稳定，数据的安全性也不高，在实际运行中，当数据量很大时，整个传输路径就会常常发生“阻塞”现象。例如，当计算机运作过程中出现故障时，计算机管理员不能对软件进行维护。电脑管理员只能依据软件开发商进行维护，这样就会很难及时进行维护。除此以外，当客户需要修改个别项目或增加个别项目功能时，没能提供非常好的扩充接口。即使通过远程进行维护，其传送和修改过程也非常费时费力。所以，现阶段各软件开发部门应该探索更适合建材检测特点、经济实惠又方便快捷的网络传输技术。
结语
工程质量与建筑材料的质量有着密切的关系，以此，必须保证建筑材料质量，做好建筑工程材料检测、实验、与监督。在材料的检测上，实验室已经相当完善，但是在实验室的管理上还存在一些问题，其数据无法保证真实性和准确性。计算机技术的引入为实验室的管理提供了重要的依靠，使得实验室的管理更加科学合理，数据更有保障。
参考文献：
[1]裘威,陈华龙.计算机技术在建筑工程中的应用[J].科技广场,2006,02:81-82.
[2]李艳宁,王忠顺,赵倩云,王永洪,傅星,胡小唐.计算机技术在建筑材料动态弹性模量测量上的应用[J].无损检测,2007,03:125-127.
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