计算机在材料科学中的应用

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1、真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。计算机在材料科学中的应用1 材料：是人类生产和生活水平提高的物质基础，是人类文明的重要支柱和进步的里程碑。2 20世纪60年代，被称为当代文明的三大支柱：A材料；B能源；C信息。3 70年代新技术革命的主要标志指：A新型材料；B信息技术；C生物技术。4 材料的分类：根据组成：A金属材料；B无机非金属材料；C有机高分子材料；D复合材料。根据性能特征和作用：A结构材料；B功能材料。根据用途：A建筑材料；B能源材料；C电子材料；D耐火材料；E医用材料；F耐蚀材料。5 材料的性质：是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，而这些性质终于要取决于材料的组成与

2、结构。6 使用性能：是材料在使用状态下表现出来的行为。7 材料的合成与制备过程的内容：A传统的冶炼、制粉、压力加工和焊接；B也包括各种新发展的真空溅射、气相沉积等新工艺。8 材料科学飞速发展的重要原因之一：材料科学随着各种技术的更新而出现了高速发展的趋势，计算机在材料科学中的应用正是材料科学飞速发展的重要原因之一。9 计算机在材料科学中的应用：A计算机用与新材料的设计；B材料科学研究中的计算机模拟；C材料工艺过程的优化及自动控制；D计算机用于数据和图像处理；E计算机网络在材料研究中的应用。10 材料设计：设想始于20世纪50年代，是指通过理论与计算机预报新材料的组分、结构与性能，或者是通过理论

3、设计来“订做”具有特定性能的新材料。按生产要求“设计”最佳的制备和加工方法。11 材料制备技术：A急冷；B分子束外延（MBD）；C有机金属化合物气相沉积；D离子注入；E微重力制备等。12材料设计的有效方法之一：利用计算机对真实的系统进行模拟“实验”、提供实验结果、指导新材料研究，是材料设计的有效方法之一。13 材料设计中的计算机模拟对象遍及从材料研制到使用的全过程，包括合成、结构、性能、制备和使用等。14 计算机模拟的优点：用计算机模拟比进行真实的实验要快、要省15 计算机模拟是一种根据实际体系在计算机上进行的模型试验。16 材料科学中的计算机模拟为计算机材料科学。17 材料研究的分析和建模按

4、传统方式可大致分为三类不同的领域；A被凝聚态物理学家和量子化学家处理的微观尺度范围是最基本的模型，此时材料的原子结构起显著作用；B一类是在唯象的层次上，许多最复杂的分析在中间尺度上进行，即连续的模型；C最后是宏观尺寸，此时大块材料的性能被用作制造过程及使用模型的输入量。18 计算机模拟也可根据模拟对象的尺度范围而划分为若干层次：A（0.11nm）电子层次（如电子结构）；B（110nm）原子分子层次（如结构、力学性能、热力学和动力学性能）；C（1微米）微光结构层次（如晶粒生长、烧结、位错、极化和织构等）；D（1微米以上）宏观层次（如铸造、焊接、锻造和化学气相沉积等）。19 计算机模拟已应用在材料

5、科学的各个方面：包括分子液体和固体结构的动力学、水溶液和电解质、胶态分子团和胶体、聚合物的结构、力学和动力学性质、晶体的复杂结构、点阵缺陷的结构和能力、超导体的结构、沸石的吸附和催化反应、表面的性质、表面的缺陷、表面的杂质、晶体生长、外延生长、薄膜的生长、液晶、有序-无序转变、玻璃的结构、粘度、蛋白质动力学、药物设计等。第一章 材料科学研究中的数学模型1 实体：我们通常把客观存在的事物及其运动形态统称为实体。2 数学模型：就是利用数学语言对某种事物系统的特征和数量关系建立起来的符号系统。（广义理解）：凡是以相应的客观原型（即实体）作为背景加以一级抽象或多级抽象的数学概念、数学式子、数学理论等都

6、叫做数学模型。（狭义理解）：那些反映特定问题或特定事物系统的数学符号系统就叫做数学模型。3 数学模型是为一定的目的对客观实际所作的一种抽象模拟，它用数学公式、数学符号、程序、图表等刻画客观事物的本质属性与内在联系，是对现实世界的抽象、简化而又本质的描述。它源于实践，却不是原型的简单复制，而是一种更高层次的抽象。它能够解释特定事物的各种显示形态，或者预测它将来的形态，或者能为控制某一事物的发展提供最优化策略，它的最终目标是解决实际问题。4 数学模型的分类： 按照人民对实体的认识过程来分：A描述性数学模型（从特殊到一般）；B解释性数学模型（从一般到特殊）。 按照建立模型的数学方法分：A初等模型（指

7、采用简单而且初等的方法建立问题的数学模型，该模型容易被更多的人理解接受和采用，更有价值。它又包括a代数法建模；b图解法建模。）；B图论模型（指的是根据图论的方法，通过有点和边组成的图形为任何一个保护了某种二元关系的系统提供一个数学模型，并根据图的性质进行分析。）；C规划论模型；D微分方程模型（指的是在所研究的现象或过程中取一局部或一瞬间，然后找出有关变量和未知变量的微分（或差分）之间的关系，从而获得系统的数学模型。）；E最优控制模型；F随机模型（是根据概率论的方法讨论描述随机现象的数学模型。）；G模拟模型（是用其他现象或过程来描述所研究的现象或过程，与哦那个模型的性质来代表原来的性质。）。 按

8、照模型的应用领域来分：A人口模型；B交通模型；C环境模型；D生态模型；E水资源模型；F再生资源利用模型；G电气系统模型；H传染病模型；I污染模型等。 按照模型的特征来分：A静态模型和动态模型；B确定性模型（系统有确定输入时，系统的输出也是确定的，这样的系统称为确定系统，它的数学模型为确定模型）和随机模型（）系统是输入是确定的，得到的输出是不确定的）；C离散模型（系统是有关变量是离散变量）和连续模型（系统的有关变量是联系变量）；D线性模型（系统输入和输出呈线性关系）和非线性模型（系统输入与输出呈非线性关系）。 按照对模型结构了解程度可以分为：A白箱模型；B灰箱模型；C黑箱模型。它们分别代表人们对

9、原型的内在机理了解清楚、不太清楚、不清楚。5 数学模型的根本作用：在于它将客观原型进行抽象和简化。6 一门学科精密化和科学化的重要表现之一便是能够采用精密的数学语言来分析和描述。7 数学建模：是构造刻画客观事物原型的模型并用以分析、研究和解决实际问题的一种科学方法。8 数学建模不仅是一种定量解决实际问题的科学方法，而且还是一种从无到有的创新活动过程。9 按照建模过程，建模基本步骤如下：A建模准备；B建模假设（建立模型最关键的一步）；C构造模型；D模型求解；E模型分析；F模型检验；G模型应用（是数学建模的宗旨）。10 假设合理性原则有以下几点：A目的性原则；B简单性原则；C真实性原则；D全面性原

10、则。11 固体受到辐照后产生的效应主要有三种：A电离；B蜕变；C离位。12 常用的数学建模方法：A理论分析法；B模拟方法；C类比分析法；D数据分析法。13理论分析法：是指应用自然科学中的定理和定律，对被研究系统的有关因素进行分析、演绎、归纳，从而建立系统的数学模型。14 lsing模型：20世纪20年代W.Lenz与E.lsing提供了一种用以解释铁磁相变的简化统计模型，称为lsing模型。15类比分析法中类比的条件：若两个不同的系统，可以用同一形式的数学模型来描述，则此两个系统就可以互相类比。16 霍尔-配奇公式：第二章 材料科学研究中常用的数值分析方法1 常用的数值分析法大致可以分为：A有

11、限差分法（是数值计算中应用非常广泛的一种方法）；B有限元法。2 有限差分法：其实质是一有限差分代替无限微分、以差分代数方程代替微分方程、以数值计算代替数学推导的过程，从而将连续函数离散化，以有限的、离散的数值代替连续的函数分布。3 有限差分法的主要步骤：A构成差分格式（首先选择网格布局、差分形式和步长；其次，以有限差分代替无限微分。）；B求解差分方程（有限差分法的关键环节）；（分类：精确法，即消元法；近似法，即间接法，即迭代法，其中又包括松弛法与超松弛法）；C对所得到的数值解进行精度与收敛性分析和检验。4 导出差分方程的途径有：A从微分方程出发，以泰勒级数截断，从有限差分的数学含义去建立有限差

12、分和差分方程；B是从由网格所划分的单元体的能量平衡分析出发，由积分方程去建立差分方程，该方法又称单元体平衡法。5 离散化网格的选择有两种方法：A物理划分法。这种方法是根据问题的物理特性划分；B几何区域形状为依据划分。6 步长：在有限差分方法中，将离散化后各相邻离散点之间的距离，或离散化单元的长度称为步长。步长的大小可以说常量，也可以说变量。7 差分：就是某物理量的有限增量。可以分为：A向前差分；B向后差分；C中心差分。8 差分方程的求解方法（组成差分方程的线性代数方程组的解法）：A直接法（优点：精度高、重复工作量小；缺点：计算程序复杂，对计算机资源占用较多，适用范围：适用于求解较复杂、阶数较低

13、的方程组）；B间接法（即迭代法。优点：计算程序简单，占用内存小；缺点：重复工作量大，其计算精度取决于迭代次数。迭代法对于大多数二阶差分格式收敛较快，其解答误差并不一定比直接法大。）。9 间接法（即迭代法）的分类：A简单迭代法（又称同步迭代法）（优点：比较简单；缺点：在计算机中占用内存较大，而且计算工作量也很大，收敛速度较慢）；B Gauss-Seidel迭代法（又称异步迭代法）（异步迭代法在算式中及时地利用了新的迭代值，故减少了计算机内存占用及计算次数，收敛速度加快）；C超松弛迭代法（概念：是以加权的方式，使Gauss-Seidel迭代法的收敛速度加快。）。10 与有限差分法相比较，有限元法的

14、优点：A准确性较好；B稳定性较好。11 有限元法是变分发与经典差分法相结合的产物，它既吸收了古典变分法近似解析解法泛函求极值的基本原理，又采用了有限差分对离散化处理方法，突出了单元的作用及各单元的相互影响，形成了自身的独特风格。12 有限元法求解的一般步骤：A前处理过程（1 将求解域离散化；2 求某一单元的近似解为研究典型单元的变形情况；3 确定每个单元的方程；4 集成单元；5 施加边界条件和载荷。）；B求解阶段；C后处理阶段。13 有限元法的基本理论：A加权余量法（分类：1 配点法；2子域法；3 最小二乘法；4 力矩法；5 伽辽金法。）；B变分原理和Ritz方法。14 里兹（Ritz）法：用

15、与待定参数个数相等的方程组，用以求解。这种求近似解的经典方法叫做Ritz法。15 Ritz法实际应用中会遇到两方面的困难：A在求解域比较复杂的情况下，选取满足边界条件的试探函数，往往会产生难以克服的困难；B为了提高近似解的精度，需要增加待定参数，即增加试探函数的项数，这就增加了求解的繁杂性。（建立于变分原理基础上的有限元法，可以克服上述的两方面的困难）。16 有效元法的程序应具有的特点：A分析准确可靠；B计算效率高；C使用方便；D易于扩充和修改。17 有限元法程序总体可以分为三个组成部分：A前处理部分；B有限元分析本体程序（有限元分析程序的核心）；C后处理部分。18 离散模型的数据文件主要应包

16、括：A离散模型的结点数及结点坐标；B单元数及单元结点编码；C载荷信息。19 有限元分析程序中前后处理程序一般可占全部程序条数的2/34/5。20 ANSYS的系统配置（教学版）：CPU不应低于586，内存至少为16MB，硬盘在2GB以上，显示卡至少有1MB以上的图形缓存，显示器分辨率不低于1024*768。21 ANSYS程序的分类：A工作站版；B危机版。22 启动ANSYS操作步骤：A在程序管理器或开始菜单中找到ANSYS5.5；B双击Interactive图标；C按画面文字提示要求确定各项。23 ANSYS图形用户界面（GUI）有六个窗口组成：A Unility menu窗口；B Inpu

17、t窗口；C Main Menu（主菜单）窗口；D Toolbar（工具条）窗口；E Graphics（图形）窗口；F Output（输出）窗口。24 Main Menu（主菜单）窗口（ANSYS的主要功能均包括在该窗口）的功能：A设定分析模块；B前处理模块；C求解模块；D后处理模块；E设计选项等。25 特别注明：A选择菜单结尾带“”标志的项目将在屏幕上产生对话框；B选择菜单结尾带“”标志的项目将产生子菜单；C选择菜单结尾带“+”标志的项目将产生拾取菜单；D选择菜单结尾没有任何符号的项目表示执行一条ANSYS命令。26 Output（输出）窗口的功能：是现实以文本方式输出的ANSYS计算结果及相

18、关信息。27 复合材料为各向异性材料，也就是在各坐标方向材料的刚度系数互异。第三章 材料科学研究中主要物理场的数值模拟1 利用计算机技术解决热问题是材料科学与工程技术发展中的重要课题之一。2 微分方程表示的物理意义是：体元升温所需的热量应等于流入体元的热量与体元内产生的热量的总和。3 定解条件：解方程时，必须附加初始条件和边界条件才能得到唯一解。此时的初始条件和边界条件又统称为定解条件。4 初始条件：是指所求解问题的初始温度场，也就是在零时刻温度场的分布。此值可以是均匀的。5 边界条件：是指物体表面或边界与周围环境的热交换情况，通常有三类重要的边界条件：A第一类边界条件指物体边界上的温度分布函

19、数已知；B第二类边界条件是指边界上的热流密度已知；C第三类边界条件又称为对流边界条件，是指物体与其周围环境介质间的对流传热系数k和介质温度Tf已知。6 非稳态导热：即各结点的温度是随时间变化的。因此，温度场的分布与时间和位置两个因素有关。7 移动边界问题：即在求解区域中存在着一个随时间移动的固-液或气-液界面。8 求移动边界问题的方法：A一种是从相变界面的分析、求解开始，首先确定出相变界面位置后，然后再分别求解固相和液相区域内的温度分布；B另一种方法是把它视为“单相”区的非线性导热问题来求解，首先确定出整个求解区域上的温度或焓的分布，然后把达到相变温度的位置定为相变界面，再分别在固相和液相区域

20、内求解其温度场分布。9 应力的产生：弹性体受到外力作用之后，其内部就会产生相应的应力。10 正面、负面：在微单元体中，凡是外法线方向与坐标轴正向一致的面称为正面；凡是外法线方向与坐标轴负向一致的面称为负面。11 应力分量的正、负号规定：正面上的应力分量以沿坐标轴正向的为正，负面上的应力分量以沿坐标轴负向的为正；反之为负。12 二维弹性平面问题包括：A平面应力问题；B平面应变问题。13 在固体力学问题中，建立有限元方程最常用的方法是：最小位能方法。14 应变能：当外部载荷作用于物体时，物体将产生变形，在变形过程中，外力所做的功将储存在物体内，这一能量成为应变能。15 在固体中，物质传输的唯一方式

21、：扩散。16 扩散：是指材料内部原子迁移的微观过程，以及由于大量原子迁移而引起物质的宏观流动。是物质从高浓度迁移到底浓度区域的过程。17 Fick第一定律：在稳态扩散（浓度不随时间而变化）的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质的通量J（单位是g*cm-2*s-1）与浓度梯度成正比，这就是Fick第一定律。第四章 材料科学与行为工艺的计算机模拟1 材料行为工艺主要通过调整材料在加工过程中的组织性能来改善其使用性能。2 用计算机模拟材料行为工艺的优点：用计算机模拟材料行为工艺可以部分代替真实实验，从而达到缩短实验周期、节约人力和物力的目的。3 TTT曲线：时间-温度-转变曲线

22、；CCT：连续冷却转变曲线。4 根据热力学原理，体系在等温、等压处于平衡的条件下应遵守以下条件：A体系最小吉布斯函数原则；B各相的混合吉布斯函数与组成关系曲线（GMmB）5 相图计算方法根据所研究体系中各相的特点，集热力学性质、相平衡数据、晶体结构、磁性、有序-无需转变等信息为一体，建立描素体系中各相的热力学模型和相应的自由能表达。6 用CALPHAO方法计算相图的主要步骤如下：A图像的热力学、相平衡和晶体结构等文献数据的调研和评价；B根据体系中各相的结构特点分别选择合适的热力学模型及其吉布斯自由能函数，这些与温度、压力和成分有关的自由能表达式中含有一定数量的可调参数；C用适当的算法和相应的程

23、序按照相平衡条件计算相图；D合理的低元系热力学性质的表达是得到可靠的高元系外推结果的基础。7 CALPHAD方法的主要优点如下：A体系热力学性质和相图的热力学自洽性(这是CALPHAD方法最重要的优点)；B外推和预测多元系热力学性质和相图（CALPHAD方法中的多元多相平衡计算程序对于复杂的多元多相平衡研究及其工业应用也有重大的价值）；C利用相图计算方法可以外推和预测相图的亚稳部分，从而建立系统的亚稳相图，通过这种外推，可以计算那些扩散活性差、难以达到平衡的体系和在极端条件下用实验难以测定的相图；D提供相变动力学研究所需要的重要信息；E可获得以不同热力学变量为坐标的各种相图形式。8 FACT：

24、包括物质和溶液两个数据库及一套热力学和相图等等优化计算软件。这些软件的共同点是集成了具有自洽性的热力学数据库和先进的计算软件。9 FACT提供Windows版FACT-Win，含有多个可用于化学热力学计算的模块，其中主要有；A化合物模块中超过5000个化合物的热力学数据；B溶液模块中有超过100个非理想溶液的数据库；C化学反应模块有大量的用于计算化学放应的数据和多元相平衡；D计算二元化合物相图，以及二元系相图优化和三元交互系相图计算等。10 Thermo-Calc相图计算Fe-8%Cr-C三元系垂直截面图，其主要步骤如下：A在运行Thermo-Calc系统后，在TCW MATERIAL窗选择计

25、算用的数据库TER98，并选择Cr、Fe和C元素；B在CONTIDITIONS条件窗内确定温度和成分等条件；C出现THERMO-CALC计算结果窗，从计算结构窗中可以看出有铁素体和奥氏体组织的摩尔分数和各相成分以及相关的热力学数据；D绘出相图。11 现在材料的组成和结构表征研究主要采用的大型分析设备有：A扫描电镜(SEM)；B透射电镜(TEM)；C分析电镜(AEM)；D扫描探针显微镜(SPM)等，各种谱仪和各种衍射仪。这些分析模拟软件大大减轻了在材料组成和结构分析时数据处理的工作量。12 金属材料加工主要包括：A铸造；B锻造；C压力加工；D热处理；E粉末冶金等。13 通过数值模拟和物理模拟相结

26、合的方法可实现：A电脑式生产；B动态显示材料加工和制备工艺的历程；C预测缺陷和优化工艺。14 使用模拟软件以后的好处：A产品的生产和试制周期减少40%；B劳动力成本减少30%；C生产效率提高25%；D15 模拟方法的优点在于：A可预测产品的质量，减少实验次数；B可确定最佳的工艺流程，以达到某一特殊性能的要求；C动态显示各个物理量的演变历程和空间分布；D提高劳动生产率。16 未来的模拟研究将体现以下特点：A具有集成性和不可替代性；B数学模型 权威性；C模拟研究将会促进多学科合作；D并行计算方法的采用可以明显调高计算效率；E相图工程的概念将使模具设计、制备到产品制造在计算机上进行虚拟设计成为现实。

27、第五章 材料数据库和新材料、新合金的设计1 关系数据库有严格的数学基础；简单清晰；易于理解和掌握。2 数据库得到迅猛发展的主要特征：表现在数据库技术的发展涉及到各种工程和科技领域。3 对于好的数据库来说，一个用户友好的管理和维护软件是至关重要的。4 数据库管理系统（DBMS）：为了实现人机对话、菜单式的数据系统的功能，有一个负责数据库管理和维护的软件系统，该系统就称为数据库管理系统。5 数据库管理系统的的任务：就是在保证数据安全、可靠的同时，提高数据库应用时的简单性和方便性，大大减轻了用户的工作量和复杂性。6 ORACLE优于其他各种DBMS的突出的两个特点：A在大、中、小型计算机及微型计算机

28、中都能应用；B有分布式功能。7 为了提高系统的开发功能，现代的数据库系统都至少包含以下三个部分；A数据库（一个结构化的相关数据的集合）；B物理存储器(保持数据的硬件介质)；C数据库软件（负责对数据库管理和维护的软件）（数据库软件的核心：DBMS）。8 数据库软件的功能：A对数据进行定义、描述、操作和维护的功能；B接受并完成用户程序及终端命令对数据库的不同请求，并负责保护数据免受各种干扰和破坏。9 建立一个数据库的关键：A用于管理数据的软件；B数据的收集、整理和评价。10 和文件管理方式相比，计算机数据库系统管理数据具有以下主要特征：A数据共享（是数据库发展的一个重要原因）；B数据独立性；C减少

29、数据冗余；D数据的结构化；E统一的数据保护功能。11 传统数据库系统：一代和二代数据库系统的总称。它主要用于商业事务处理。12 CAD/CAE/CAM等，这些新应用领域要求DBMS能够：存储和管理诸如多媒体数据、空间数据、实时数据、复杂对象、图像对象、知识和超文本。13 工程数据库：是指适合于CAD（计算机辅助设计）/CAM(计算机辅助制造)，计算机集成制造（CIM）等工程应用领域中的数据。它又称CAD数据库、设计数据库、技术数据库和设计自动化数据库。14 工程数据库系统的建立包括两项重要的工作：A选择一个适应工程应用的数据库管理系统作为工程数据库的开发平台；B将工程数据库映像成数据库管理系统

30、支持数据模型，利用数据库管理系统提供的数据定义语言和数据操纵语言，设计数据库结构，提高操纵数据库数据的用户界面。15 材料数据的特点：数据量庞大。16 计算机材料性能数据可具有的优点：A存储信息量大，存取速度款；B查询方便，不仅可以由材料查性能（顺查），而且可以由性能查材料（反查）；C通过对不同材料的性能数据的比较，可以实现选材或材料代用；D使用灵活，可以随时输入新材料的最新数据，也可以对原有材料的数据及时地修改和补充；E功能强，可以自动进行单位转换，可以将数据以图形表示，可以获得派生数据；F应用广泛，可以与CAD、CAM配套使用，实现计算机辅助选材，也可以与知识库及人工智能技术结合构成材料性

31、能预测或材料设计专家系统。17 我了研究合金组织与性能之间的关系就必须了解合金中各种组织的形变及变化规律。18 计算机数据库系统的作用：为相图的管理提供了必要的条件。19 FACT的网络模拟程序提供了未来用网络计算机进行热力学计算和开发的基本模式。20 人工智能的研究生要分析人类的思维过程或人类智能可能具有的功能，并在计算机系统中模拟实现。21 专家系统是人工智能研究领域中活跃、最具有使用价值的应用领域之一。22 专家系统：是一种计算机程序，在某一特定领域内，它能利用知识推理来解决人类专家才能解决的问题。23 一个完整的专家系统的组成：A知识库；B工作数据库；C推理机（专家系统的推理常常是不确

32、定性推理）；D知识获取机制（是实现系统灵活性能的主要部件）；E解释机制（实现系统透明性的主要部分）；F人机接口。24 专家系统的工作过程大致描述为：系统根据用户提出的目标，以综合数据库为出发点，在控制策略的指导下，由推理机运用知识库中的有关知识，通过不断的探索推理以实现求解的目标。25 专家系统的核心：知识库和推理机。26 专家系统中各部分组成的功能如下：A知识库：知识库是用于存放领域专家提供的专门知识；B工作数据库：它主要由问题的有关初始数据和系统求解期间所产生的中间信息组成；C推理机：一个专家系统中推理机所要解决的问题是如何选择和使用知识库中的知识，并运用适当的控制策略进行推理来实现问题的

33、求解；D知识获取机制：主要是为了实现专家系统的自我学习，在系统使用过程中能自动获取知识，不断完善扩大现有系统功能。E解释机制：回答用户提出的各种问题；F人机接口：主要功能是实现系统与用户之间的双向信息转换，即系统将用户的输入信息翻译成系统可接受的内部形式，或把系统向用户输出的信息转换成人类所熟悉的信息表达方式。27一个专家系统的性能主要是与它所拥有的知识数量和质量密切相关。28 知识库的建造主要包括：A从人类专家获取知识和选择合适的知识表达方式和数据结构；B把专家的知识形式化并存入知识库中。29 专家系统的解释机制：是指专家系统在同用户的交互过程中，回答用户提出的各种问题，包括与系统运行有关的

34、求解过程和与运行无关的关于系统自身的一些问题。30 按照工程中求解问题的性质不同，专家系统主要可分为以下几种类型：A解释专家系统；B预测专家系统；C诊断专家系统；D设计专家系统；E规划专家系统；F监视专家系统；G控制专家系统。31 热处理工艺过程的三个主要控制参数：A加热温度；B保温时间；C冷却方式。32 热处理工艺专家系统的主要功能：就是根据待处理零件的材料成分和性能要求确定热处理方式以及加热温度，根据材料的成分和有效尺寸以及热处理炉型确定保温时间，并根据材料及其热处理方式来确定冷却方式。系统的这一核心目标的求解由系统的推理机来完成。33 系统的推理机分为：A基于规则的推理；B基于事例的推理

35、。34 规则推理的方法：以用户选择输入的有关零件的初始信息为条件，搜索金属材料数据库的热处理工艺数据库，得到与之匹配的粗略的工艺信息供用户选择或确认，任何以此条件再次搜索金属材料数据库或热处理工艺数据库，得到较精确的工艺信息，如此多次搜索，最终得到推理结果，经用户调整确认后，即形成正式的工艺文件。35 规则推理的具体推理步骤：A用户选择输入工件的类别，系统把可能使用的材料提供给用户选择；B用户确定工件材料后，系统提供各种可能的热处理方法供用户选择；C用户确定热处理方法后，系统提示用户输入工件的有效厚度，选择热处理设备类型、装炉方式、装炉量等，给定热处理要求；D系统根据用户给定条件从知识库中取得

36、加热温度、冷却方式等工艺参数计算出保温时间，并以工艺卡或工艺曲线的形式提供该工件的热处理工艺；E用户确认或修改该工艺后，系统可打印出工艺卡曲线作为工艺文件，也可以存入典型零件数据库，从而补充一个新的实例。36 人工智能方法特别适合于对分散知识进行处理的过程。37 人工神经网络的用途及优点：人工神经网络既可以解决定性问题，又可以用于直接解决定量问题，具有较好的可靠性；擅长处理复杂的多元非线性问题；具有自学习能力，能从已有的实验数据中自动总结规律。38 输入层、输出层、中间层的含义：接受输入信号的单元层称为输入层；输出信号的单元层称为输出层；不直接与输入输出发生联系的单元层称为中间层或隐层。39

37、人工神经网络由排列成层的神经单元组成，包括输出层、中间层(中间层的层数可以是一层或多层)、输入层。40 人工神经网络的基本单元是神经元，又称为处理单元。41 神经元可以有许多输入，所以这些输入都是同时传送给神经元的。神经元素是否被激发、激发的强弱程度，取决于输入信号的权重和、阀值和传递函数。42 人工神经网络采用的传递函数有以下几种类型：A阶跃函数；B分段线性函数；C S型函数（常用的非线性传递函数）。43人工神经网络的结构有下列形式：A前馈式网络；B输入输出有反馈的前馈网络；C前馈内层互联网络；D反馈型全互联网络；E反馈型局部连接网络。44 学习和训练几乎对所有的神经网络来说都是最基本的。网

38、络不是通过修改神经元本身来完成训练过程，而是靠改变网络中各种连接的权重来学习。45 若神经网络要学会正确地反映所给数据的模式，唯一用以改善网络性能的元素就是连接的权重。46 两种不同的学习方式或训练方式：A有指导的训练（训练过程是将一组输入数据与相应的输出数据输入网络，网格根据这些数据调整权重。若认为网络的输出与应有的输入键的误差达到了允许范围，权重就不再改动，这时的网络可用新的数据检验。）；B没有指导的训练（训练过程中，只提供输入数据而无相应的输出数据。网络检查输入数据的规律或趋向，根据网络本身的功能进行调整，并不告诉网络这种调整的好坏）。47 误差反传神经网络的优点：结构简单，使用方便，可

39、以解决大多数神经网络所面临的问题。48 BP网络：是在输入层和输出层之间加上一层或几层中间层构成。49 BP网的学习过程主要由四部分组成：A输入模式顺传播（输入模式由输入层经中间层向输出层传播计算）；B输出误差逆传播（输出的误差由输出层经中间层传向输入层）；C循环记忆训练（模式顺传播与误差逆传播的计算过程反复交替循环进行）；D学习结果判别（判定全局误差是否趋向极小值。）。50 人工神经网络在材料科学中的应用：A用人工神经网络方法实现材料设计与优化；B人工神经网络实现材料工艺优化；C人工神经网络实现相爱了性能预测；D基于人工神经网络的材料智能加工与智能控制。51 材料设计的目的：是通过理论设计来

40、“订做”具有特定性能的新材料，按生产要求“设计”最佳的制备和加工方法。52 “材料设计”研究较为普遍，其主要原因有以下三个：A基础理论的完善和发展（为材料设计打下了理论基础）；B计算机信息处理技术的建立和发展（为材料设计的实施提供了行之有效的技术和方法）；C先进的材料生产和制备技术的发展（为材料制备和加工方法的优化设计开辟了新方向）。53 材料设计的范围：包括材料的制备到试用的整个过程。54 材料设计专家系统：是指具有相当数量的与材料有关的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统。在一定范围和一定程度上，它能为某些特定性能材料的制备提供指导，以帮助研究人员进行新材料

41、的开发。55 材料设计专家系统大致可以分为以下几类：A以知识检索、简单计算和推理为基础的专家系统；B以计算机模拟和运算为基础的材料设计专家系统；C以模式识别和人工神经网络为基础的专家系统；D以材料智能加工为目标的材料设计专家系统。56 材料智能加工的目标：是通过传感器在材料制造过程中采集信息，并输入智能控制以实现控制决策，使制备中的材料以最佳的途径成为性能优良、稳定以及成品率高的材料。57 CAAD（计算机辅助合金设计）系统的任务：是为未来的可控热核反应炉设计和选择材料。58 V-PTC半导体材料是一种双功能材料。该材料在某一温度以上有标准的PTC效应，而在该温度下，又有较大的负电阻温度系数。

42、59 材料力学性能是结构材料最主要的性能。60 神经网络控制可通过对网络结构及权值的自动调整而实现非生物神经网络系统的部分功能，适应性和性能好，能处理高维数、非线性、强干扰、难建模的复杂工业过程。61 人工神经网络在这一过程中的作用是，通过检测与生产过程相关的一系列动态信号，从中提取特征参数作为神经网络的输入，网络的输出则为所摄别的工艺系统的状态。62 气体渗碳碳势测定方法的优点：精度高、可靠性高、复线性和稳定性好、成本低。63 神经网络在材料学与工程领域中的开发和应用，人处于初步阶段，主要表现是：A网络模型研究和应用单一化，目前用得最广泛、最有效的是BP网络，而其他网络应用较少；B研究深度上

43、不够，很多应用还停留在某些经验关系上的拟合上，未发挥网络的根本特性，而且局部性强，难以从整体上推广；C离工业实际应用还有一定的距离，大部分工作还处于试验阶段，神经网络的工程应用效益还未得到充分体现。第六章 材料加工过程的计算机控制1 计算机在材料加工中的应用大致可分为以下几个方面：A物化性能测试数据的采集和处理；B加工过程自动控制；C计算机辅助模具设计和制造；D计算机辅助研究；E材料加工过程的全面质量管理。2 自动控制的任务：就是在满足生产工艺要求的前提下，使这些变量稳定在一定的范围内，或者按照预定的规律变化，以实现优质、高产、低耗的目的。3 计算机的特点、功能、优点：精度高、速度快、存储量大

44、以及具有逻辑判断功能等特点。可以代替人的分析、判断、决策和常规的二次仪表的功能。它既能像常规仪表控制系统那样实现对被控参数的自动控制，又能像人那样进行集中控制和集中管理，并且还具有使各控制器、各工段、各车间、各部门之间进行信息交换的优点。4 在材料生产过程中采用计算机的目的：是控制实现优质、高产、低消耗的有效手段，是控制技术发展的必然趋势。5 一个实时控制系统，实时控制包括三个方面的含义：A实时检测；B实时决策；C实时控制。6 计算机控制系统的一般概念：执行算术、逻辑操作和输入、输出操作。7 计算机控制系统按照控制目的和控制方式可分为：A开环控制系统（常见的开环控制系统有：1 生产过程的巡回检

45、测和数据处理系统；2 操作指导控制系统）；B闭环控制系统（1 直接数字控制系统，即DDC；2 监督控制系统，即SCC）；C分布式控制系统；D集散控制系统等。8 生产过程巡回检测和数据处理系统的特点：是计算机仅仅执行生产过程工艺参数的循环检测和对数据进行必要的处理，并不直接对生产过程进行控制；该控制系统简单、可靠。9 闭环控制系统的特点：计算机起到集检测仪表、控制器、执行器的功能与一身，充分发挥了计算机的作用，实时性强。10为什么说DDC控制方法无法使生产过程处于最佳状态：直接数字控制系统中，对生产过程产生直接影响的被控参数的设定值是预先设定的，不能根据生产过程条件和生产工艺参数信息的改变及时修

46、改，因而DDC控制方式无法使用生产过程处于最佳状态。11 监督控制系统（SCC）：是指计算机根据外围设备送来的各种工况参数和其他信息，按照预先编好的描述生产过程数字模型和最优化设计计算的应用程序。12 SCC的两种结构形式：A SCC加模拟调节器的控制系统；B SCC加DDC控制系统。13 SCC加模拟调节器的控制系统的优、缺点：是可以实现最优控制，而且较为安全，当计算机出现故障时，可以由模拟调节器独立完成控制任务。缺点：是仍需常规的模拟仪表。14 分布式计算机系统的特点：是将控制功能分散，用多台计算机分别执行不同的控制功能。15 现场控制单元：基本控制器是以微处理器为基础的微机结构的过程控制

47、单元，也称现场控制单元。这样的控制单元也称单元控制室。16 集散控制系统主要特点是：A实现了真正的分散控制（这是集散控制系统最基本的特点之一）；B利用数据通道实现综合控制；C利用操作台实现集中监视和操作；D利用监督控制计算机实现最优控制和管理；E集散控制系统既有计算机控制系统控制算法先进、精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的特点。17 计算机工业控制系统一般应具有以下基本功能：A模拟量参数的采集、转换及屏幕显示；B模拟量参数的越限报警；C被控参数的闭环自动控制；D各种流量的累计计算，用来统计产量及物料和能源的消耗；E各种开关量输入信号的检测与各种开关量输出信号的控制，

48、用于设备的启停与各种连锁保护；F生产工艺流程图及各种被控参数的动态趋势曲线的屏幕显示，便于操作人员及时掌握设备运行状况，实现对生产过程的操作和控制；G工艺参数的记录及打印，以便保存生产技术资料作经济指标考核；H完成与上位机的通信，将下位机的各检测参数和各流量累计值通过数据线传输到上位机，以便能接收到上位机的监督控制。18 微机工业控制系统的硬件组成：A微机型计算机；B外部设备；C外围设备；D工业自动化仪表；E被控工业对象。19 微处理器是控制系统的核心。20 软件建立和依托在硬件的基础上，是人的思维与机器硬件之间的桥梁，是计算机的灵魂。21 软件包括：A系统软件（1 语言程序；2 管理系统及操

49、作系统程序；3 服务程序）；B应用软件。22 系统系统软件的作用：系统软件是开发、调试和执行其他程序，简化程序设计和使用方法，发挥和扩大计算机的功能和用途，提高计算机使用效率的一组文件和程序，带有一定的通用性。23 应用软件的作用（概念）：为了控制目的而编制的程序。24 可用于计算机工业控制系统的计算机包括：A单片机（是单片微型计算机的简称，也是材料加工控制以及智能化系统中应用最多的计算机类型之一）；B可编程序控制器（简称PLC）；C工控机；D工业PC机；E系统机等。25 1980年，美国电气制造商协会（NEMA）将可编程序逻辑控制器（PLC）正式命名为可编程序控制器（PC）。26 国际电工技

50、术委员会（IEC）对PC的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。27 可编程序控制器具有以下特点：A可靠性高；B控制功能强；C编程方便，易于使用；D适用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强；E具有各种接口，与外部设备连接方便；F采用积木式结构或模块式结构，扩展灵活方便；G维修方便；H可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不用更改硬接线，灵活性大，适应性强。28 PC是一种专门

51、用作数字控制的电子计算机。29 STD总线工业控制机，是一种广泛用于工业过程控制的计算机系统，简称工控机。30 工控机的特点：工控机大都采用模块式结构，具有通用性强、可靠性高、系统组成灵活等特点。31 为什么说工业PC机在系统结构及功能模块的划分上更适合工业过程控制的需要：A一方面继承了个人计算机丰富的软件资源，使其软件开发更加方便、快捷；B另一方面在结构上又采用了STD总线工业控制机的优点，采用模块化，这些优点使得工业PC机发展十分迅速。32 对检测与控制计算机及其系统有以下要求：A高可靠性；B可维护性；C对环境的适应性；D控制的实时性和中断系统；E完善的外围设备和指令系统；F有正确反映生产

52、过程规律的数学模型和完善的软件系统。33 计算机系统的可靠性的高低，主要取决于它所采用的元件质量、线路工艺水平和整机设计技术。采用分散型结构也是提高可靠性的措施之一。34 为了能在发生不正常情况是，能及时进行报警和事故处理，就必须：A在硬件上，应配有实时时钟和优先级中断信息处理电路；B在软件上，配备有完善的时钟管理，中断处理等程序，并配备实时操作系统，保证在生产过程正常运行时，严格地按照正常的操作步骤进行；C当生产过程有变化而请求中断时，则分轻重缓急，及时地响应；D在修改工艺参数和设定值时，也要能及时处理。35 计算机控制系统的输入部分包括：A传感器；B变送器；C A/D（模/数）转换等。36

53、 计算机控制系统的输出部分包括：A D/A（数/模）转换；B信号调节器；C控制执行器等。37 检测与转换技术：即从诸多不能直接输入计算机处理的被检测的物理量中提取所需要的信息。38 传感器：是将被测对象是物理参数转换成相应的易于检测、传送或控制的模拟信号的器件，由敏感元件和部分测量电路构成。39 传感器的分类：A按用途可分为：用于力、温度、位移、速度、重量、时间、转速、频率和成分分析的传感器；B按工作原理和利用的物理原理可分为：电阻式、电感式（根据转换原理可分为：1自感式；2互感式。种类1 气隙式；2差动式；3电涡流式）、电容式、热电式、光电式、压磁式及压电式等；40 热电效应：由两种不同导体

54、组成的闭合回路中，如果他们的两个接点的温度不同，则在该回路中就会有电动势产生，称为热电效应。41 逆变器是自动控制系统中的重要组成部分。42产生偏差的原因：在定值自动调节系统中，由于扰动的作用，被调节参数会偏离给定值，机产生偏差。偏差等于被调节参数与给定值之差。43 新型调节规律：A比例（P）；B积分（I）；C微分（D）。44 静差：被调节参数测量值与给定值存在偏差，称为静态偏差，也称静差。45 比例积分调节器中积分作用的特点是：调节器输出与偏差存在的时间有关，只要偏差存在，输出就会随时间不断增长，知道偏差消除，调节器的输出才不再变化。因此，积分作用能消除静差，这是它的主要优点。46 比例积分

55、调节器中微分作用的特点是：输出只能反映偏差输入的变化速度。对于一个固定不变的偏差，不管它的数值多大，根本不会有微分作用输出，因此它不能克服静差；当偏差变化很慢，但经长时间积累达到相当大的数值时，微分作用也无能为力，所以在系统中不能使用单独的微分作用，它需要与比例作用配合构成比例微分调节器。47 比例微分积分调节器（PID）是模拟调节器中最完善的调节器。48 一般的数字式PID调节器内部装有微处理器，其优点：各种丰富的功能均是在硬件电路的基础上，由执行程序实现，用户不需编制程序，操作人员如同使用模拟仪表一样方便；其缺点：功能比较局限，只有确定的有限功能，不能灵活组成复杂的控制系统，在此基础上出现

56、了可编程序数字调节器。48 可编程数字调节器具有的特点：具有充分的灵活性与良好的系统扩展性。49 人们常把执行器称为实现生产过程自动化的“手足”。50 执行器根据执行机构使用的工作能源不同可分为三类：A气动执行器（是目前实际应用最多的执行器）；B电动执行器；C液动执行器（使用较少）。51 气动执行器的优点：具有结构简单、输出推理大、动作可靠、性能稳定、维护方便、价格便宜、安全防爆等优点。52 电动执行器的主要特点：能源取用方便，信号传输速度快，传送距离远，便于集中控制，停电时执行器保持原位不动，不影响主设备安全，灵敏度和精度较高，与电动调节仪表配合方便，安装接线简单。缺点：结构复杂、体积较大、

57、推力小、价格贵、平均故障率高于气动执行器、适用于防爆要求不高及缺乏气源和使用数量不多的场合。53 一般只能执行器的基本功能是信号驱动和执行，内含调节阀输出特性补偿、PID控制和运输、阀门特征性自检验和自诊断功能。54 过程通道是联系计算机和被控工业对象的纽带和桥梁。55 过程通道包括：A模拟量输入通道；B模拟量输出通道；C数字量输入通道；D数字量输出通道。56 采用周期长短的影响及选择：采用周期若太短，会使调节过于频繁，执行机构来不及响应；而过长则会使干扰得不到及时克服而使调节品质恶化。一般根据生产过程的物理特性与加在该过程上的干扰程度来选择采用周期。57 模拟量输入通道中的核心部件是A/D转

58、换器。它的功能是：将模拟电参量转换为计算机能处理的数字量。58 注塑机微机控制系统主要实现：A顺序控制；B过程控制；C注塑制品的质量控制；D集中管理和集中监视控制。其中顺序控制、过程控制基本每一台注塑就都有。59 典型的注塑机的计算机控制系统主要控制内容有：A对注射速度、保压螺杆、背压螺杆、转速的实际值与设定值进行比较修正；B分阶段地设定注射速度、保压螺杆和背压螺杆转速；C注射工序向保压工序的自动转换；D成型工艺条件的确定；E物料温度、料筒温度、循环时间、模具紧固装置的集中监控。60 注塑机的机械运动可分成两种主要的运动：A模腔装置的周期运动，包括模板开始闭合、正式闭模、模板开始开启、正式开模

59、等四个阶段；B注射装置的周期运动，其中包括注射、保压、冷却等三个阶段。61 注射循环过程可以分成“主循环”工序和两个辅助工序。主循环分为以下几个阶段：合模饮料、冲模、保压、倒流、凝封、冷却、开模。两个辅助工序主要是前、后处理。62 温度控制：温度控制是注塑机上最重要的控制变量，常用热电偶作为温度传感器。63 温度控制包括：A料筒及喷嘴温度；B模具温度。64 小型注塑机的优缺点：小型注塑机生产批量大、接线复杂、控制精度不高、效率低、性能不稳定等问题，采用了单片机微机控制系统用于小型注塑机的控制。65 国内研究的小型注塑机能满足以下要求：A注塑机采用单片机控制方式，实现整个注塑机工作过程的控制，实

60、时性强；B有手动、半自动、全自动、调模四种方式，由行程开关输入，输出到电磁阀控制；C面板上有拨码和数码管，数码管用于显示定时器时间或加工工件数。66 挤出加工过程控制的主要目的：就是从挤出模具中获得充分塑化的熔体并保持稳定的挤出速率。67 计算机在塑料挤出机上的应用：A在成型机头上的应用；B应用在机筒和螺杆上。68 挤出机计算机控制系统的主要任务：如何在塑料挤出加工过程中实现稳定、自动化的操作，是挤出计算机控制系统的主要任务。69 挤出机计算机控制系统功能的实现方法：是利用计算机得到的反馈信息改变机器的操作参数。70 挤出机筒体温度系统控制可以分为相对独立的三部分：A嵌入式薄型工控机（依靠通信

61、进行功能扩展）；B多路高精度测控模块；C塑料挤出机强电执行系统。71 触摸屏图形界面的优点：使计算机控制系统的操作较常规仪表更简单、更容易、更可靠。72 影响吹塑薄膜质量的关键因素：A吹塑薄膜的折径宽度；B薄膜的平均厚度；C模泡的颈部长度等。73 吹塑薄膜的厚度主要由牵引比来调节。74 要将热电势放大后的电势信号转换表示成温度，必须进行非线性校正。75 进行非线性校正的方法：A计算方法：即先应用数学上的曲线拟合方法，对热电势E和对应温度T进行拟合；B查表法：即将热电偶分度表或放大电势表按一定的排列形式存入计算机，用测得的电势值，靠软件搜索来差得相对应的温度值。76 两种校正方法的优缺点：前者：

62、程序冗长，相当费时间；后者：可以很快从已输入的热电势值-温度值表中查的对应温度，准确快速。77 PID控制算法由三部分组成，它是使控制动作既和当时偏差有一定关系的比例部分，又和过去产生的偏差历史情况有一定关系的积分部分，还有和偏差的变化趋势有一定关系的微分部分。78 比例、微分、积分的作用：比例部分的作用是对出现的当时偏差进行及时地成比例的调节，及时纠正偏差；积分部分的作用的改善系统的静太特征；微分部分的作用是按偏差的变化趋势，在适当的时机加速控制动作或减缓控制动作，使控制过程得到较稳定的变化。79 位置式算法：如果计算机控制系统的输出是控制执行器阀门，则控制决策输出P（n）是用于表示执行器阀

63、门开度的，称为位置式算法。80 断偶保护报警的基本依据：热电偶断偶后，感温元件送入计算机的数字信号可能出现两种极端情况，其输入可能为零或满量程，这是断偶保护报警的基本依据。81 计算机程序中考虑的几个细节：A考虑加热炉是否启动；B考虑冬天加热炉起始温度可能为0摄氏度。82 分区温度控制决策：A在控制点附近时，要求的是减少超调量，使升温尽可能平滑地接近稳定于控制点，提高温度的控制品质；B远离控制点时，采用全功率或比例控制决策，尽量提高升温速率；C在接近控制点时，采用模拟控制推理决策或PID控制算法。83 为了提高和保证系统的控制品质，要抓住两个因素：A变温过程的速度；B恒温过程的温度。84 专业

64、的工业控制软件具有的特点：控制方便、多媒体监视效果良好、扩散性好、无需专业编程经验等特点。第七章 计算机是在材料检测中的应用1 材料的性能主要取决于它的化学成分和组织结构。化学成分不同的材料具有不同的性质；而相同成分的材料经过不同的加工处理而具有不同的组织结构时，也将具有不同的性质。2 材料科学：就是以材料的成分、加工工艺、组织结构和性能的关系及其变化规律为研究对象的。3 计算机在材料各种性能、组织结构等的检测和工程过程的控制方面的应用是材料科学中计算机实用的一个重要方面。4 分析电子显微方法是现代电子显微学领域中的重要组成部分。5 分析电子显微方法中获得材料成分的信息，可以采用的方法：A电子能量损失谱方法（EELS）（是分析电子显微方法中重要技术之一）；B X射线能谱方法（EDS）（是分析电子显微方法中成熟的基本技术）；C高角度散射暗场方法（STEM）（也称Z衬度方法）（是扫描投射电子显微方法应用之一）。6 数据处理软件大致可以分为：A计算、模拟软件；B数据分析、图像分析软件；C设备控制软件。7 光谱分析：是依据样品物质的特征光谱，研究其化学成分和存在状态。在现在科学技术的发展中，光谱分析在材料成分分析和结构分析中起着