计算机在材料科学中的应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机在材料科学中的应用,材料科学与工程学院,刘旭俐,福州大学多媒体课件,1,第,2,章 材料研究中数据与图像的处理,2.1,材料研究中的数据处理,.,2.1.1,数据处理软件介绍,.,2.1.2 Origin,的基本功能,.,2.1.3 Origin,在材料研究中的应用,.,目录,1,2,目录,2,2.2,材料加工研究中的图像分析,.,2.2.1,数字图像的获取,2.2.2,图像分析软件介绍,2.2.3 Photoshop,的基本功能,2.2.4 Photoshop,在材料研究中的应用,3,2.1,材料研究中的数据处理,2.1,材料研究中的数据处理,数据处理范围,数据存贮,数据快速查找,数据的后续处理,计算,绘图,拟合分析,4,2.1.1,数据处理软件介绍,2.1.1,数据处理软件介绍,Origin.,Excel,Matlab,Mathmatica,Maple,5,Origin,Origin,Originpro,Add-on modules,OriginLab,公司开发,1991,年问世,特点：功能强大,界面友好直观,操作简单易学,功能开放,图形可视化和数据分析软件,6,Excel,Excel,Microsoft,公司开发,1985,年上市,特点：界面友好直观,操作相对简单易学,功能相对简单,办公自动化软件,7,Matlab,Matlab,MathWork,公司开发,1984,年推向市场,特点：界面友好直观,输出结果可视化,功能丰富,使用难度较高,线性系统的分析和仿真工具,矩阵知识,计算机编程技术,丰富的函数和命令,8,Matlab,例,:,解线性方程,123 x,1,366,456 x,2,=804,780 x,3,351,其输入如下,:,A=1 2 3;4 5 6;7 8 0,b=366;804;351,x=inv(A),b,9,Matlab,A=,1 2 3,4 5 6,7 8 0,B=,366,804,351,X=,25.0000,22.0000,99.0000,屏幕显示结果,:,10,Mathmatica,Mathmatica,Stephen Wolfram,领导的小组开发,1987,年推向市场,特点：以符号计算见长,高精度的数值计算功能和强大的图形功能,可以作为一种算法语言，编写程序计算,数学分析型软件,11,Mathmatica,例,:,解代数方程,Out1=,x-1,x-(-1),2/3,x-(-1),4/3,其输入及屏幕显示如下,:,In1,：,=,Solve x3-1=0,x,x,3,-1=0,12,Maple,Maple,加拿大,Waterloo,大学,1985,年首次推向市场,特点：具有强大符号运算能力,数值计算能力、图形处理能力,借助键盘和显示器进行各种科学计算、,数学推理、猜想的证明以及智能化文字处理,.,交互式计算机代数系统,13,Maple,例,:,求,ycos(x,2,),的导数问题,其输入如下,:,f:=y,cos(x2),Diff(diff(f,x),y)=diff(diff(f,x),屏幕显示结果,:,f:=y,cos(x,2,),14,2.1.2 Origin,的基本功能,2.1.2 Origin,的基本功能,数据输入,编辑,保存,数据分析,拟合分析,绘图,二维,Graph,三维,Graph,多层,Graph,绘图,15,2.1.2 Origin,的基本功能,数据输入,编辑,保存,数学运算,统计,傅里叶变换,数据平滑和滤波,基线和峰值分析,数据分析,线性拟合,非线性拟合,拟合分析,16,Origin,界面,Origin,界面,17,窗口与菜单栏,Worksheet,Graph,Excell,Layout,Matrix,Notes,Function,18,数据输入编辑保存,1,数据输入,编辑,保存,数据输入,键盘输入,.,复制其他数据文件,.,从已有的数据文件中读入数据,Origin,二进制方式数据,(.opj),文本格式,(ASCII),.,Excel,格式,(.xls),.,数据库文件,(.dbf),EditPaste,FileOpen,File,Import ASCII,File,Import ODBC,19,数据输入编辑保存,2,数据编辑,EditClear,删除数据,(,格,列,行,),修改数据,改变数据列的名称,.,改变数据属性,.,改变数据类型,.,Column,FormatColumn Options,FormatColumn Column Name,20,数据输入编辑保存,3,数据保存,ASCII,文本格式保存数据,.,FileExport ASCII,Origin,二进制方式保存数据,.,FileSave,FileSave As,21,数据分析,1,数据分析,数学运算,算术运算,.,减去参考直线,垂直或水平移动,多条曲线平均,插值,微分,.,积分,Analysis SubstrateStraight Line,Analysis CalculusDifferentiate,Analysis CalculusIntegrate,Analysis InterlolateExtrapolate,Analysis TranslateVertical,Analysis Average Multiple,Column Set Column values,22,数据分析,2,统计,描述性统计,t-,检验,方差分析,频数统计,.,正态统计,.,列,/,行统计,.,StatisticsDescriptive,Statistics,Frenquency Count,Statistics on Columns/Rows,Normality Test(Shapiro-Wilk),单样本,t-,检验,.,双样本,t-,检验,.,StatisticsHypothesis Testing,One Sample t-Test,Two Sample t-Test,直方图,质量控制图,存活率分析,方框图,方差分析,.,t-,检验,描述性统计,StatisticsANOVA,单因子方差分析,.,双因子方差分析,One-Way ANOVA,Two-Way ANOVA,23,拟合分析,拟合分析,线性拟合,一元线性拟合,.,多元线性拟合,.,非线性拟合,.,Tools Linear Fit,StatisticsMultiple regression,激活,Graph,窗口,Analysis,Fit(,各种形式,),24,绘 图,二维,Graph,.,绘图,均值及标准差图形表示,双,Y,轴的表示,直方图,扇形图,函数图形的绘制,ColumnSet as Y Error,Plot,选定两列,Y,数据,Plot Special Line/Symgol Double-Y,Plot Statistical graphs Histogram,File NewFunction,写入函数公式,Plot,25,2.1.3 Origin,在材料研究中的应用,2.1.3 Origin,在材料研究中的应用实例反应结合氧化铝动力学机理研究,数学模型建立和拟合,谱线处理,26,反应动力学机理研究,1,反应结合氧化铝动力学机理研究,以陶瓷,(Al,2,O,3,),及金属铝的复合粉末为原料，,控制条件使铝氧化成为氧化铝，研究反应过程,中氧化的过程和机理。,1.,采用热分析仪获得温度,-,失重数据、热失重曲线,2.,明确反应动力学机理数学模型,.,3.,数据分析,.,27,反应动力学机理研究,2 (,实验结果,),Temperature()-,360,380,400,440,480,520,560,600,640,680,720,760,800,840,880,920,960,1000,1040,10801120,1160,Wt loss(%),-6.42,-6.21,-5.86,-5.37115,-4.55434,-2.40855,-0.70671,3.79028,5.05941,5.15459,5.71055,6.08619,6.65234,6.88052,6.99339,7.41128,7.61729,8.98389,9.51138,9.72576,9.7826,10.48278,实验结果,28,反应动力学机理研究,3 (,数据计算,),29,反应动力学机理研究,5 (,作图,),30,反应动力学机理研究,6,（线性拟合）,31,反应动力学机理研究,7,（线性拟合）,32,反应动力学机理研究,8,（线性拟合）,Y=3.50562-0.99977,33,数学模型建立和拟合,数学模型建立和拟合,以,IF(,无间隙原子,),钢再结晶过程为例。,明确可用数学模型,.,JMAK,模型,:,新再结晶模型,:,34,数学模型建立和拟合,2.,通过实验获得再结晶动力学曲线,方法同”反应动力学机理研究”,以,ln-ln(1-X,v,),为横坐标,以,ln,为纵坐标作图,已再结晶分数,Xv-,时间,曲线,3.,模型系数计算及验证,模型变形,(JMAK,模型,):,采用线性拟合得到截距、斜率,由截距和斜率计算,n,，,35,谱线处理,谱线处理,曲线拟合,.,曲线平滑,.,Analysis Smoothing,基线与数据背景校正,.,Analysis Substract,谱的微分和积分,.,Analysis Calculus,Analysis Fit.,谱图分辨,.,36,曲线平滑,37,基线与数据校正,38,谱的微分与积分,39,曲线拟合,40,作业,作业,2,：,选择你们在,材料性能学基础实验,中的任意一个,实验为对象，采用,Origin,进行数据处理分析。（尽可,能多地练习各种功能）。,（没有数据请自行设计）,选择你们在,现代材料分析技术,中的,XRD,谱为对,象，采用,Origin,进行数据处理分析（尽可能多地练,习各种功能）。,(,没有图谱 请,E-mail:,wgxl,),41,作业要求,作业要求及提交,:,将上两题作业分别以 “性能学实验结果分析”,“,XRD,谱分析”保存,;,2.,提供,WORD,文档一份，说明你进行的实验及实验,数据计算需要用到的计算公式、你在数据分析中,完成的分析项目，及,XRD,谱分析的项目,.,以你的名,字或学号保存,3.,将上述三个文件存入,以各位同学的学号为名字的,文件夹,中，汇总至各班班长处，以压缩文件包发至,wgxl,42,XRD,谱,0,43,XRD,谱,1,44,XRD,谱,2,45,XRD,谱,3,46,XRD,谱,4,47,XRD,谱,5,48,XRD,谱,6,49,XRD,谱,7,50,XRD,谱,8,51,XRD谱,9,52,XRD,谱,10,53,XRD,谱,11,54,XRD,谱,12,55,XRD,谱,13,56,均值标准差图,1,57,均值标准差图,2,58,均值标准差图,3,59,均值标准差图,4,60,均值标准差图,5,61,数据输入,1 (,数据键盘输入,),62,数据输入,2 (ASCII,格式数据读入,),63,数据输入,3 (XLS/DBF,数据读入,),64,数据属性,1,65,数据属性,2,66,数据类型,1,67,数据类型,2,68,改变数据列的名称,1,69,改变数据列的名称,2,70,改变数据列的名称,3,71,数据保存,1,72,数据保存,2,73,算术运算,1 (,材料断裂韧度,),算术运算,以材料断裂韧度,(KIC),计算为例,:,P,为断裂载荷,(N),L,为跨距,(20mm),w,为试条宽度,(mm),h,为试条高度,(mm),a,为槽深（,mm,）,Y,为几何因子，当,L=4h,时，,74,算术运算,2 (,材料断裂韧度,),a.,完成数据输入,.,b.,利用函数表达式对数据格或数据列赋值,.,ColumnSet Column Values,分别计算,a/h,;,Y,;,K,IC,;,75,算术运算,3,(,断裂强度数据输入,),76,算术运算,4 (,计算,a/h),77,算术运算,5 (,计算,Y),78,算术运算,6 (,计算,K,IC,)79,微分,1,80,微分,2,81,微分,3,82,列,/,行统计,1,列,/,行统计,83,列,/,行统计,2,84,列,/,行统计,3,85,频数统计,1,86,频数统计,2,87,频数统计,3,88,正态统计,1,89,正态统计,2,90,t-,检验,1,91,t-,检验,2,92,t-,检验,3,93,t-,检验,4,94,t-,检验,5,95,t-,检验,6,96,方差分析,1,97,方差分析,2,98,方差分析,3,99,一元线性拟合,1,例：由实验测得某种玻璃试样伸长量与温度的结果如下表,请对其进行拟合,.,0.14 0.15 0.18 0.19 0.22 0.24 0.27 0.30,温度,(k),伸长差值,(mm),979 981 983 986 988 990 992 994,温度,(k),伸长差值,(mm),996 998 1000 1002 1005,0.34 0.36 0.42 0.46 0.52,100,一元线性拟合,2,101,一元线性拟合,3,102,一元线性拟合,4,故：,L=-14.09697+0.01451T,103,多元线性拟合,1,编号,x1(%)x2(%)x3(%)y(S/cm),12.21.83.45.6,21.922.46.1,31.52.235.2,43.62.52.47.9,521.62.88.4,62.82.53.57.6,742.53.58.1,84.5457.4,例：材料中含三种不同的正离子,每种离子都有一定的,迁移率,对材料的离子电导率产生贡献,一般符合加和,规则,.,现制备了不同配方的,8,种材料,检测了它们的组成,并测定离子电导率如下,试求电导率,y,对离子质量分数,的回归方程,.,104,多元线性拟合,2,105,多元线性拟合,3,106,多元线性拟合,4,故：,Y=6.42467+1.3063x,1,-1.0705x,2,-0.15542x,3,107,非线性拟合,1,例：已知天然气的平均比热容量如下,试对进行拟合,.,1.76 2.01 2.26 2.51 2.72 2.89,温度,(k),比热容量,(KJ/Bm,),473 673 873 1073 1273 1473 1673,108,非线性拟合,2,109,非线性拟合,3,110,非线性拟合,4,111,非线性拟合,5,112,非线性拟合,6,113,非线性拟合,7,114,非线性拟合,8,115,非线性拟合,9,故：,C,p,=0.11596 T,0.43996,116,