材料科學中計算機技術的應用

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摘要：材料科學涉及的內容比較多，屬于一門綜合性比較強的學科，在發展的過程中融入計算機技術在很大程度上提升了材料科學的發展水平。例如，鋼鐵行業的發展和經營及煉鋼過程中溫度和流體運動的監測等，這些精細化的活動都需要計算機技術作為必要的支持。如今，人們對材料提出了更高的需求，這也為計算機在材料科學中的發展奠定了現實基礎。因此，文章結合具體的應用方式及其注意事項進行更為細致的論述，旨在為促進材料科學的發展提供支持。

關鍵詞：計算機；材料科學；具體運用

現階段，計算機在材料科學領域得到了非常廣泛的應用，尤其在材料液態成型、連接成型和塑性成型的過程中，借助計算機技術的先進性可以對材料成型工藝進行升級和優化，運用定量預測的方式代替傳統模式中的動向描述。有關技術人員能夠借助這種方式來提升自身的工作效率，同時防止人工誤差對材料、工藝和環節造成的影響[1]。如今，經驗試錯法已經不適于當今時代的發展趨勢，在計算機的協助之下，工作人員能夠以更加便捷可靠的操作形式進行試驗。將計算機技術運用到材料科學中，有助于形成質量好、實用性強的材料。

1計算機技術在材料科學中的應用

1.1在新材料設計中的應用

在分析材料設計的具體方式和尺寸測量等知識的過程中，應該將人工智能和大數據技術等當下比較火熱的新技術運用到新材料設計工作中，這樣能夠拓展研究人員的思維，讓他們在實際工作中加入更多的創新理念。利用傳統模式進行工作的過程中需要運用復雜的化學理論和物理理論，計算機技術能夠將這些雜亂的試驗資料進行整合，并且衍生出全新的材料研發形式，從而有效提升工作效率，也提高了材料設計的整體質量[2]。

1.2在材料研究中的應用

在進行材料研究的過程中，對于技術工作人員來說，其日常工作過程中一項非常重要的內容就是進行系統模擬試驗，為了達到實驗的理想效果和目的，需要技術人員掌握計算機的操作知識和專業技能，在進行材料研究的工作中發揮自身的價值。通過計算機模擬出來的結果能夠使技術人員獲得有效的數據，并且為后續各項工作提供必要的數據基礎。計算機模擬需要結合新材料設計的具體工作來展開，如果能夠將計算機的模型作為實體體系的主要參照，那么后續模擬試驗的進行將會更具有真實性[3]。借助這種方法得出的結果不僅準確有效，還能夠將一些繁雜的環節簡化，還能夠對工作的狀態進行實時的觀察和分析。在以往的傳統模式下，實驗室具有一定的局限性，其中有很多難以探索的模型，但是這些模型均可以借助計算機模擬出結果，這種全方位預測的模式是其他技術無法比擬的。

1.3在優化和自動控制材料以及工藝中的應用

目前，科學技術水平的快速發展已經帶動很多技術在各個領域中得到了全面的應用，在材料加工領域也是如此。在技術的支撐下，工作人員可以利用可編程控制器來實現材料加工的自動化發展，這種技術能夠有效提升產品的整體質量和水準。在材料加工環節也可以借助計算機技術，為相關技術人員提供更多的便利，一些利用傳統模式進行加工的復雜環節均可以借助這種技術變得更加簡便，技術人員只需要通過簡單的操作流程就可以完成材料加工[4]。由此觀之，計算機能夠有效地提升材料加工的整體效率，同時還能夠達到控制材料或創新工藝的效果。例如，材料科學技術人員在展開材料加工工作的過程中，可以在計算機模型中輸入相應的數據，在數據輸入之后就可以通過計算機的自動化設置和轉換得出最終的結果。這種模擬方式比較精確，同時還能夠對后續材料制備的各個環節進行全面的監管。尤其是在傳統模式下比較常見的材料表面問題處理工作中，計算機技術能夠發揮非常重要的作用，在對制造材料過程中的內容進行控制時，確保各項數據在要求的范圍內。在此基礎上，如果能夠進一步將計算機應用到自動控制材料的工作中，能夠有效發揮出計算機在材料制作和工藝優化等方面的優良特性。此外，除了能夠有效提升材料科學領域發展的實效性，還能夠從質量和自動化控制的標準上對其進行全面的提升。

1.4在處理數據和圖像中的應用

在對材料科學進行研究的過程中，無論是借助什么方式都必須經過試驗的步驟，在不斷實驗的過程中會產生海量的數據和信息，對此，可以借助計算機強大的存儲功能來保存數據。除了錄入信息和數據，計算機還可以承擔處理圖像的任務，關于材料科學的研究很多時候都需要應用到相應的圖像，尤其是在研究的過程中，可能會涉及材料特性和凝聚態結構之間的關系，因此需要借助電子顯微鏡技術和光學顯微鏡等形式來展現凝聚態結構的二維圖像[5]。在呈現出圖像之后，計算機將會進一步對后續圖像和數據進行處置，在此基礎上獲得的結果將更加直觀可靠。例如，計算機能夠直接產生聚合方式的具體分布情況和有關的信息，同時結合自身整合數據的方式展現出信息材料的實際性能，這些結果能夠為后續材料的應用和與結構方面有關的研究提供參考。

2計算機技術自身實際應用表現

2.1計算機模擬技術在液態金屬成形中的應用

計算機數值模擬技術在液態金屬充型期發揮著非常重要的作用，只有在保障各項數值精確可靠的基礎上才能夠達到液態金屬充型期的理想效果。借助計算機技術能夠在處理自由表面工作的過程中充分利用體積函數和流量的有關數據，同時還能夠計算出與修正流量和傳熱有關的結果。經過對層流模型和有關工作的實驗驗證之后，能夠準確地模擬出液態金屬充型期的雙方模型結構[6]。如今又衍生出了很多的算法和模式，例如并行算法、三維有限差分法和三維有限單位法等。在使用這些方法的時候，需要結合具體情況來進行選擇，每一種方法都存在著雙面性，因此應該盡量發揮算法中的優良特性，選擇主要的側重點，這樣不僅能夠發揮出理想的效果，還能夠保障整體工作的有效性和準確性。

2.2計算機模擬技術在熱處理工藝中的應用

計算傳熱學和熱彈性力學對當今計算機模擬技術的發展和應用起到了不可忽視的作用，借助這種技術不僅能夠提高計算機模擬研究的速率，還能夠借助熱處理計算機模擬技術為后續工作的開展奠定基礎。在此基礎上，如今很多領域都應用了真空加熱、控制爐溫和感應加熱等技術，不僅取得了舉世矚目的成果，還有效推動了我國經濟的發展。其中，計算機模擬技術在熱處理工藝中應用的頻率比較高，運用計算機模擬技術能夠實現熱處理工藝的優化。例如，利用計算機技術進行鋼淬火方面的模擬試驗時，為了能夠提高計算機的運行速率，同時保障各項數據和模型具備準確性，需要保證實際模擬需求能夠和熱彈性模型的構建工作相結合，除此之外，應該控制周圍的環境，使其保持合理的溫度和殘余應力，從而實現鋼淬火流程的優化和改良。在此基礎上，此技術在氣體滲碳的過程中也發揮了不小的作用。借助離子滲碳數學模型和計算機模擬技術，可以得到與碳濃度有關的曲線，將得出的結果與具體的情況和特點進行對比，并且找出二者之間相同的部分。在進行真空加熱和感應加熱的過程中，整個系統中的工藝參數能夠及時錄入計算機模擬的模型中，通過這種方式能夠解決傳統模式中存在的人工誤差因素，這樣不僅能夠提升產品的整體水準，還能充分保障數據的真實性。技術人員在接觸到計算機技術之前容易造成各種誤差，還面臨著繁雜的操作流程。利用這種方式不僅能夠通過參數的控制來掌握各項工藝，還能夠避免上述問題的發生。除了上文列舉的幾種應用形式，在塑性成型、連接成型和金屬熱處理工作中也能夠有效地借助計算機技術。因此，計算機技術在材料學的應用所產生的效果是顯而易見的，在未來的發展過程中具有較高的應用價值。

3結束語

計算機技術的應用，使材料科學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員沒有認識到計算機技術的重要性，仍然采用傳統的模式來進行工作，將自身的經驗作為主要的參照標準。在未來的發展過程中，應該摒棄這種思想，提升計算機的利用率，借助計算機技術來解決傳統模式中存在的一些問題和弊端，通過正確的使用方法來提高材料科學研究工作的整體效率和質量，相信在計算機技術的支持下，材料科學將會朝著更加科學和健康的方向發展。

參考文獻：

[1]萬志華.計算機技術用于材料數據和圖像處理:評《計算機在材料科學與工程中的應用》[J].材料保,2020,53(11):191.

[2]宗朔通,郭琦.《計算機在材料科學中的應用》課程的探索研究[J].山東化工,2020,49(21):174+176.

[3]鄭建秋.計算機模擬技術在材料科學研究中的應用淺析[J].廈門城市職業學院學報,2020,22(2):91-96.

[4]董抒華,張明偉,焦學健,等.《計算機在材料學中的應用》課程說課設計[J].山東化工,2019,48(21):210-211.

[5]陳錕,劉克家,施宇濤,等.“計算機在材料科學中的應用”課程改革與實踐[J].廣州化工,2019,47(1):125-126.

[6]李蕓華,王艷麗.計算機在材料科學領域方面的應用[J].信息記錄材料,2018,19(10):31-32.

作者：劉建行 單位：湖北第二師范學院