《材料模型与数值方法》课程教学大纲

1、材料模型与数值方法课程教学大纲课程编号100095105课程名称 材料模型与数值方法高等教育层次 本科课程在培养方案中的地位：必修对应于材料科学与工程专业；属于BZ专业课程基本模块本课程的思政工作要点是改革精神教育。开课学年及学期 大四本科第1学期先修课程（a必须先修且考试通过的课程，b必须先修过的课程，c 建议先修的课程）a大学计算机基础，材料科学基础课程总学时 40，学分2.5，其中包括上机学时2课程教学形式0普通课程课程教学目标与教学效果评价课程教学目标教学效果评价不及格及格，中良优1.知悉和理解计算材料学的发展历程、材料集成计算的理念和相关计算方法，针对具体的材料科学或工程问题具备建立

2、数学模型并求解的能力，掌握最小二乘法建模方法，能够运用有限差分法求解一维和二维温度场问题。1.完全不知道； 2.对相关知识点仅有碎片化的理解。1.对数学建模的主要内容、数学建模基本信息、基本过程、求解方法能理解；2. 基本掌握最小二乘法建模方法，能够运用有限差分法求解一维和二维温度场问题。较好地掌握计算材料学的发展历程、材料集成计算的理念和相关计算方法，能针对具体的材料科学或工程问题进行数学建模型和求解，掌握最小二乘法建模方法，能够运用有限差分法求解一维和二维温度场问题。知悉和理解计算材料学的发展历程、材料集成计算的理念和相关计算方法，能针对具体的材料科学或工程问题进行数学建模型和求解，熟练掌

3、握最小二乘法建模方法，能够运用有限差分法求解一维和二维温度场问题。2.知悉和理解数据与图形图像处理的几种计算机辅助方法，知悉和理解应力场数值模拟的基本理论，能够使用ANSYS软件开展大圆盘变形、滑动摩擦、裂纹扩展、弹靶侵彻等物理场的数值模拟。1.完全不知道，2. 不清楚应力场数值模拟的基本理论，对有限元软件ANSYS、数据与图形图像处理origin等软件仅有碎片化的了解。了解应力场数值模拟的基本理论，理解ANSYS软件基本信息、基本操作过程，整体上具备运用ANSYS软件解决大圆盘变形、滑动摩擦、裂纹扩展、弹靶侵彻等物理场的数值模拟问题的能力，具备运用origin、正交设计软件解决实验方案设计和

4、实验数据处理问题的能力。能完整理解应力场数值模拟的基本理论，理解ANSYS软件基本信息、基本操作过程，但不系统，存在断点。整体上具备运用ANSYS软件解决大圆盘变形、滑动摩擦、裂纹扩展、弹靶侵彻等物理场的数值模拟问题的能力，具备运用origin、正交设计软件解决实验方案设计和实验数据处理问题的能力，有一定的系统性。能完整系统地理解并掌握应力场数值模拟的基本理论，理解ANSYS软件基本信息、基本操作过程。系统地理解并掌握ANSYS软件、origin、正交设计软件，能解决大圆盘变形、滑动摩擦、裂纹扩展、弹靶侵彻等物理场的数值模拟问题，解决实验方案设计和实验数据处理问题。3.了解材料数据库与专家系统

5、、计算机辅助材料设计与模拟、Internet在材料科学中的应用。完全不了解。对材料数据库与专家系统、计算机辅助材料设计与模拟、Internet在材料科学中的应用有一定的了解。了解材料数据库与专家系统、计算机辅助材料设计与模拟、Internet在材料科学中的应用，但系统性不足。系统性地了解材料数据库与专家系统、计算机辅助材料设计与模拟、Internet在材料科学中的应用。课程教学目标与所支撑的毕业要求对应关系毕业要求（指标点）编号毕业要求（指标点）内容课程教学目标（给出知识能力素养各方面的的具体教学结果）1.3能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决金属材料、无机非金属材料及相关领域的复

6、杂工程问题，对问题进行表述。能针对具体的材料科学或工程问题建立数学模型并求解；能够将相关知识和数学模型用于推演、分析专业工程问题和对专业工程问题解决方案的比较与综合。目标1：知悉和理解计算材料学的发展历程、材料集成计算的理念和相关计算方法，针对具体的材料科学或工程问题具备建立数学模型并求解的能力，掌握最小二乘法建模方法，能够运用有限差分法求解一维和二维温度场问题；5.1了解金属材料、无机非金属材料成份结构分析和性能表征常用的仪器设备、计算模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。目标2:知悉和理解数据与图形图像处理的几种计算机辅助方法，知悉和理解应力场数值模拟的基本理论，能够使用ANSYS软件

7、开展大圆盘变形、滑动摩擦、裂纹扩展、弹靶侵彻等物理场的数值模拟；目标3:了解材料数据库与专家系统、计算机辅助材料设计与模拟、Internet在材料科学中的应用。5.3能够针对金属材料、无机非金属材料及相关领域的复杂工程问题，正确开发或恰当选择使用仪器设备、计算模拟软件、检索工具进行材料成份、结构、性能表征方面的分析、计算和材料工艺设计，理解所选择方法的局限性。教学内容、学时分配、与进度安排教学内容学时分配所支撑的课程教学目标教学方法与策略（可结合教学形式描述）第一章计算机在材料科学与工程中的应用1.1课程的内容、性质和任务1.2计算机模拟的发展史1.3计算机在材料科学与工程领域的应用21，2讲

8、授、课堂讨论第二章材料科学研究中的数学模型及分析方法 2.1数学模型的分类 2.2建立数学模型的一般步骤和原则 2.3常用的数学建模方法2.4数学模型的数值求解方法81，2讲授，推导，提问，三次随堂练习第三章 应力场数值模拟3.1圆盘大应变分析3.2金属材料挤压过程分析3.3平板断裂分析3.4滑动摩擦生热分析3.5弹丸侵彻靶板分析102讲授，演示，课堂讨论，完成Ansys软件实例模拟测试第四章 温度场数值模拟4.1热力学的基本概念 4.2导热的基本定律 4.3温度场的建立4.4温度场的数值求解4.5平面温度场数值求解方法4.6例题41讲授、推导、课堂讨论，一次随堂实例练习第五章 浓度场数值模拟

9、5.1扩散的基本概念5.2扩散的基本定律5.3浓度场的建立5.3浓度场的数值求解5.4非稳态浓度场数值求解方法5.5例题42讲授、推导、演示、课堂讨论第六章 材料数据库与专家系统6.1数据库技术 6.2材料科学与工程数据库6.3专家系统6.4材料科学与工程专家系统43讲授、演示、课堂讨论第七章 计算机辅助材料设计与模拟 7.1材料设计概述 7.2材料设计基础 7.3材料设计软件及应用7.4计算机辅助材料设计与模拟实例23讲授、演示、课堂讨论第八章 数据与图形图像处理过程中的计算机应用8.1数据与图像处理常用软件简介8.2应用实例详解42讲授、演示、课堂讨论第九章 Internet与材料科学（2

10、学时）9.1Internet简介9.2Internet在材料科学中的应用23课堂交流讨论考核与成绩评定：平时成绩、期末考试在总成绩中的比例，平时成绩的记录方法。考核方式：闭卷笔试成绩构成：平时考查：原则上4次作业，每次2.5分，（课堂提问、研讨可适度奖励加分，每次1分，不能超过此项上限）共15分； 上机测试1次，共15分； 期末考试：70分。教材，参考书:教材：张朝晖. 计算机在材料科学与工程中的应用M.湖南：中南大学出版社，2008.参考书：何涛，杨竟等.ANSYS 10.0/LS-DYNAM. 北京：机械工业出版社，2007.樊新民.材料科学与工程中的计算机技术M.北京:中国矿业大学出版社，2000.张洪武，关振群等.有限元分析与CAE技术基础M.北京：清华大学出版社，2004.周宁. ANSYS APDL高级工程应用实例分析与二次开发M.北京：中国水利水电出版社，2007.大纲说明：1.本大纲是根据教育部教学指导委员会制定的课程教学基本要求，并适当考虑我校教学改革要求而制定的。本课程教学目的是强化创新能力培养，努力培育工程科技领域的创新人才。2.在