《材料模型與數(shù)值方法》課程教學(xué)大綱

1、材料模型與數(shù)值方法課程教學(xué)大綱課程編號(hào)100095105課程名稱 材料模型與數(shù)值方法高等教育層次 本科課程在培養(yǎng)方案中的地位：必修對(duì)應(yīng)于材料科學(xué)與工程專業(yè)；屬于BZ專業(yè)課程基本模塊本課程的思政工作要點(diǎn)是改革精神教育。開課學(xué)年及學(xué)期 大四本科第1學(xué)期先修課程（a必須先修且考試通過(guò)的課程，b必須先修過(guò)的課程，c 建議先修的課程）a大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程總學(xué)時(shí) 40，學(xué)分2.5，其中包括上機(jī)學(xué)時(shí)2課程教學(xué)形式0普通課程課程教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)效果評(píng)價(jià)課程教學(xué)目標(biāo)教學(xué)效果評(píng)價(jià)不及格及格，中良優(yōu)1.知悉和理解計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展歷程、材料集成計(jì)算的理念和相關(guān)計(jì)算方法，針對(duì)具體的材料科學(xué)或工程問(wèn)題具備建立

2、數(shù)學(xué)模型并求解的能力，掌握最小二乘法建模方法，能夠運(yùn)用有限差分法求解一維和二維溫度場(chǎng)問(wèn)題。1.完全不知道； 2.對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)僅有碎片化的理解。1.對(duì)數(shù)學(xué)建模的主要內(nèi)容、數(shù)學(xué)建?；拘畔ⅰ⒒具^(guò)程、求解方法能理解；2. 基本掌握最小二乘法建模方法，能夠運(yùn)用有限差分法求解一維和二維溫度場(chǎng)問(wèn)題。較好地掌握計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展歷程、材料集成計(jì)算的理念和相關(guān)計(jì)算方法，能針對(duì)具體的材料科學(xué)或工程問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模型和求解，掌握最小二乘法建模方法，能夠運(yùn)用有限差分法求解一維和二維溫度場(chǎng)問(wèn)題。知悉和理解計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展歷程、材料集成計(jì)算的理念和相關(guān)計(jì)算方法，能針對(duì)具體的材料科學(xué)或工程問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模型和求解，熟練掌

3、握最小二乘法建模方法，能夠運(yùn)用有限差分法求解一維和二維溫度場(chǎng)問(wèn)題。2.知悉和理解數(shù)據(jù)與圖形圖像處理的幾種計(jì)算機(jī)輔助方法，知悉和理解應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的基本理論，能夠使用ANSYS軟件開展大圓盤變形、滑動(dòng)摩擦、裂紋擴(kuò)展、彈靶侵徹等物理場(chǎng)的數(shù)值模擬。1.完全不知道，2. 不清楚應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的基本理論，對(duì)有限元軟件ANSYS、數(shù)據(jù)與圖形圖像處理origin等軟件僅有碎片化的了解。了解應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的基本理論，理解ANSYS軟件基本信息、基本操作過(guò)程，整體上具備運(yùn)用ANSYS軟件解決大圓盤變形、滑動(dòng)摩擦、裂紋擴(kuò)展、彈靶侵徹等物理場(chǎng)的數(shù)值模擬問(wèn)題的能力，具備運(yùn)用origin、正交設(shè)計(jì)軟件解決實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和

4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的能力。能完整理解應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的基本理論，理解ANSYS軟件基本信息、基本操作過(guò)程，但不系統(tǒng)，存在斷點(diǎn)。整體上具備運(yùn)用ANSYS軟件解決大圓盤變形、滑動(dòng)摩擦、裂紋擴(kuò)展、彈靶侵徹等物理場(chǎng)的數(shù)值模擬問(wèn)題的能力，具備運(yùn)用origin、正交設(shè)計(jì)軟件解決實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的能力，有一定的系統(tǒng)性。能完整系統(tǒng)地理解并掌握應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的基本理論，理解ANSYS軟件基本信息、基本操作過(guò)程。系統(tǒng)地理解并掌握ANSYS軟件、origin、正交設(shè)計(jì)軟件，能解決大圓盤變形、滑動(dòng)摩擦、裂紋擴(kuò)展、彈靶侵徹等物理場(chǎng)的數(shù)值模擬問(wèn)題，解決實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。3.了解材料數(shù)據(jù)庫(kù)與專家系統(tǒng)

5、、計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)與模擬、Internet在材料科學(xué)中的應(yīng)用。完全不了解。對(duì)材料數(shù)據(jù)庫(kù)與專家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)與模擬、Internet在材料科學(xué)中的應(yīng)用有一定的了解。了解材料數(shù)據(jù)庫(kù)與專家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)與模擬、Internet在材料科學(xué)中的應(yīng)用，但系統(tǒng)性不足。系統(tǒng)性地了解材料數(shù)據(jù)庫(kù)與專家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)與模擬、Internet在材料科學(xué)中的應(yīng)用。課程教學(xué)目標(biāo)與所支撐的畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求（指標(biāo)點(diǎn)）編號(hào)畢業(yè)要求（指標(biāo)點(diǎn)）內(nèi)容課程教學(xué)目標(biāo)（給出知識(shí)能力素養(yǎng)各方面的的具體教學(xué)結(jié)果）1.3能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料及相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)

6、雜工程問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行表述。能針對(duì)具體的材料科學(xué)或工程問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型并求解；能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型用于推演、分析專業(yè)工程問(wèn)題和對(duì)專業(yè)工程問(wèn)題解決方案的比較與綜合。目標(biāo)1：知悉和理解計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展歷程、材料集成計(jì)算的理念和相關(guān)計(jì)算方法，針對(duì)具體的材料科學(xué)或工程問(wèn)題具備建立數(shù)學(xué)模型并求解的能力，掌握最小二乘法建模方法，能夠運(yùn)用有限差分法求解一維和二維溫度場(chǎng)問(wèn)題；5.1了解金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料成份結(jié)構(gòu)分析和性能表征常用的儀器設(shè)備、計(jì)算模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性。目標(biāo)2:知悉和理解數(shù)據(jù)與圖形圖像處理的幾種計(jì)算機(jī)輔助方法，知悉和理解應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的基本理論，能夠使用ANSYS軟件

7、開展大圓盤變形、滑動(dòng)摩擦、裂紋擴(kuò)展、彈靶侵徹等物理場(chǎng)的數(shù)值模擬；目標(biāo)3:了解材料數(shù)據(jù)庫(kù)與專家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)與模擬、Internet在材料科學(xué)中的應(yīng)用。5.3能夠針對(duì)金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料及相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，正確開發(fā)或恰當(dāng)選擇使用儀器設(shè)備、計(jì)算模擬軟件、檢索工具進(jìn)行材料成份、結(jié)構(gòu)、性能表征方面的分析、計(jì)算和材料工藝設(shè)計(jì)，理解所選擇方法的局限性。教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配、與進(jìn)度安排教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配所支撐的課程教學(xué)目標(biāo)教學(xué)方法與策略（可結(jié)合教學(xué)形式描述）第一章計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用1.1課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)1.2計(jì)算機(jī)模擬的發(fā)展史1.3計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的應(yīng)用21，2講

8、授、課堂討論第二章材料科學(xué)研究中的數(shù)學(xué)模型及分析方法 2.1數(shù)學(xué)模型的分類 2.2建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟和原則 2.3常用的數(shù)學(xué)建模方法2.4數(shù)學(xué)模型的數(shù)值求解方法81，2講授，推導(dǎo)，提問(wèn)，三次隨堂練習(xí)第三章 應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬3.1圓盤大應(yīng)變分析3.2金屬材料擠壓過(guò)程分析3.3平板斷裂分析3.4滑動(dòng)摩擦生熱分析3.5彈丸侵徹靶板分析102講授，演示，課堂討論，完成Ansys軟件實(shí)例模擬測(cè)試第四章 溫度場(chǎng)數(shù)值模擬4.1熱力學(xué)的基本概念 4.2導(dǎo)熱的基本定律 4.3溫度場(chǎng)的建立4.4溫度場(chǎng)的數(shù)值求解4.5平面溫度場(chǎng)數(shù)值求解方法4.6例題41講授、推導(dǎo)、課堂討論，一次隨堂實(shí)例練習(xí)第五章 濃度場(chǎng)數(shù)值模擬

9、5.1擴(kuò)散的基本概念5.2擴(kuò)散的基本定律5.3濃度場(chǎng)的建立5.3濃度場(chǎng)的數(shù)值求解5.4非穩(wěn)態(tài)濃度場(chǎng)數(shù)值求解方法5.5例題42講授、推導(dǎo)、演示、課堂討論第六章 材料數(shù)據(jù)庫(kù)與專家系統(tǒng)6.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 6.2材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫(kù)6.3專家系統(tǒng)6.4材料科學(xué)與工程專家系統(tǒng)43講授、演示、課堂討論第七章 計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)與模擬 7.1材料設(shè)計(jì)概述 7.2材料設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 7.3材料設(shè)計(jì)軟件及應(yīng)用7.4計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)與模擬實(shí)例23講授、演示、課堂討論第八章 數(shù)據(jù)與圖形圖像處理過(guò)程中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用8.1數(shù)據(jù)與圖像處理常用軟件簡(jiǎn)介8.2應(yīng)用實(shí)例詳解42講授、演示、課堂討論第九章 Internet與材料科學(xué)（2

10、學(xué)時(shí)）9.1Internet簡(jiǎn)介9.2Internet在材料科學(xué)中的應(yīng)用23課堂交流討論考核與成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)、期末考試在總成績(jī)中的比例，平時(shí)成績(jī)的記錄方法?？己朔绞剑洪]卷筆試成績(jī)構(gòu)成：平時(shí)考查：原則上4次作業(yè)，每次2.5分，（課堂提問(wèn)、研討可適度獎(jiǎng)勵(lì)加分，每次1分，不能超過(guò)此項(xiàng)上限）共15分； 上機(jī)測(cè)試1次，共15分； 期末考試：70分。教材，參考書:教材：張朝暉. 計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用M.湖南：中南大學(xué)出版社，2008.參考書：何濤，楊竟等.ANSYS 10.0/LS-DYNAM. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.樊新民.材料科學(xué)與工程中的計(jì)算機(jī)技術(shù)M.北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.張洪武，關(guān)振群等.有限元分析與CAE技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：清華大學(xué)出版社，2004.周寧. ANSYS APDL高級(jí)工程應(yīng)用實(shí)例分析與二次開發(fā)M.北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.大綱說(shuō)明：1.本大綱是根據(jù)教育部教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的課程教學(xué)基本要求，并適當(dāng)考慮我校教學(xué)改革要求而制定的。本課程教學(xué)目的是強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)，努力培育工程科技領(lǐng)域的創(chuàng)新人才。2.在