材料設(shè)計(jì)考試答案

1、名師整理優(yōu)秀資源1材料設(shè)計(jì)有哪幾個(gè)發(fā)展階段？金屬、陶瓷，塑料等各種材料的發(fā)展都經(jīng)歷了簡(jiǎn)單到復(fù)雜、宏觀(guān)到微觀(guān)、表面到本質(zhì)、 盲目到理性、偶然到必然、經(jīng)驗(yàn)到理論的過(guò)程。如果把它們的發(fā)展歷程和研究開(kāi)發(fā)都認(rèn)為是具有材料設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，那么，可將材料設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)階段：1. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段2.科學(xué)組織設(shè)計(jì)階段3.相結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段4.原子結(jié)構(gòu)層次設(shè)計(jì)階段2. 材料設(shè)計(jì)范圍是什么？材料設(shè)計(jì)應(yīng)包括理論、模型、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)等幾部分。一般認(rèn)為材料設(shè)計(jì)應(yīng)包含從材料制備到應(yīng)用的全過(guò)程。材料計(jì)算、材料制備、材料評(píng)價(jià)和性能檢測(cè)的過(guò)程基本上完成了一個(gè)材料設(shè)計(jì)周期。材料計(jì)算、材料制備、材料評(píng)價(jià)和性能檢測(cè)之間的快速重復(fù)是材料發(fā)展

2、的主要手段。原 #4材料設(shè)計(jì) 丁系統(tǒng)設(shè)計(jì)11制備方潔設(shè)計(jì)丄材料的一體化設(shè)計(jì)3材料設(shè)計(jì)的層次？材料設(shè)計(jì)可分為：微觀(guān)層次、介觀(guān)層次、宏觀(guān)層次三個(gè)層次；也稱(chēng)為微觀(guān)層次、連續(xù)模型層次、工程應(yīng)用層次；微觀(guān)設(shè)計(jì)層次（micro）:空間尺度在1 nm量級(jí)，是原子、電子層次的設(shè)計(jì)連續(xù)模型層次（continuum）:典型尺度在1卩m量級(jí)，這時(shí)材料被看成連續(xù)介質(zhì)，不考慮其 中單個(gè)原子、分子的行為；（Macro）:尺度對(duì)應(yīng)于宏觀(guān)材料，涉及大塊材料的加工和使用性能的設(shè)計(jì)研究。材料設(shè)計(jì)也有劃分為：納觀(guān) （nano）、介觀(guān)（meso）微觀(guān)（micro）、宏觀(guān)（macro4材料設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)？A.多尺度-關(guān)聯(lián)模型：多尺度蘊(yùn)

3、藏于物質(zhì)世界、科學(xué)技術(shù)和工程的諸多領(lǐng)域：宇宙形成、生命現(xiàn)象、大氣環(huán)流,材料的成型與應(yīng)用， 以及物理和化學(xué)中的量子效應(yīng)等。 空間和時(shí)間方面的跨尺度與跨層次現(xiàn) 象，以及相應(yīng)的多尺度耦合反映了物質(zhì)世界構(gòu)造的基本性質(zhì)。材料科學(xué)將發(fā)展為材料系統(tǒng)科學(xué)，材料設(shè)計(jì)也必將是系統(tǒng)設(shè)計(jì)。不同結(jié)構(gòu) 層次與不同性質(zhì)的理論需要溝通，逐步形成有機(jī)聯(lián)系的知識(shí)體系。單一層次的設(shè)計(jì)必將被多層次設(shè)計(jì)所代替。多層次設(shè)計(jì)必須要建立多尺度 材料模型(multiscale materials modeling, MMM) 和各層次間相互關(guān)聯(lián)的數(shù) 理模型。多尺度-關(guān)聯(lián)模型 大尺度原子模擬方法； 原子模擬的邊界技術(shù)； 原子模擬方法與有限元方法

4、偶和技術(shù)； 本構(gòu)關(guān)系逼近法；B.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和科學(xué)設(shè)計(jì)并存與兼容 C材料設(shè)計(jì)將逐漸綜合化D.材料設(shè)計(jì)將逐步計(jì)算機(jī)化 5材料設(shè)計(jì)的主要類(lèi)型和方法有哪些？一般認(rèn)為：材料設(shè)計(jì)(materials design)是指通過(guò)理論計(jì)算來(lái)預(yù)報(bào)新材料的組分、結(jié)構(gòu) 與性能，或者說(shuō)通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)來(lái)“訂做”具有特定性能的新材料。實(shí)際認(rèn)為：材料設(shè)計(jì)不僅是指開(kāi)發(fā)新材料，傳統(tǒng)材料的設(shè)計(jì)和加工制備工藝過(guò)程中的設(shè)計(jì)和控制在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中顯得更為重要。上體化設(shè)計(jì) 按研究工作的大小分塑 h 紊統(tǒng)設(shè)計(jì) 局趣設(shè)尋類(lèi)型：復(fù)合材料設(shè)計(jì)表面技術(shù)設(shè)計(jì)，新材料開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，納米材料與技術(shù)的設(shè)計(jì)，材料 加工過(guò)程設(shè)計(jì)與控制材料設(shè)計(jì)方法：計(jì)算機(jī)技術(shù)(專(zhuān)家系統(tǒng)人工神

5、經(jīng)網(wǎng)絡(luò))，數(shù)學(xué)工具(有限元法、遺傳算 法、分形理論、小波分析、拓?fù)浞ǖ?，軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)6材料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是什么？ 材料設(shè)計(jì)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和尖端技術(shù)服務(wù)，要結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和高技術(shù)項(xiàng)目開(kāi)展材料設(shè)計(jì)工作。例如，要在壁厚壓力容器材料、原子能應(yīng)用材料、航空與航天用超高強(qiáng)度材料、高溫合金、低溫材料、電子信息材料、各種特殊功能材料等。 從分層次到多層次進(jìn)行材料計(jì)算設(shè)計(jì)，分層次研究的弱點(diǎn)是不同學(xué)科互相分割，難以取得系統(tǒng)的合效果；特別是微觀(guān)層次(電子、原子)的設(shè)計(jì)離開(kāi)預(yù)報(bào)、設(shè)計(jì)實(shí)際材料還有很大的距離，難以解決工程實(shí)際問(wèn)題。重點(diǎn)是多層次綜合設(shè)計(jì)的突破。 多學(xué)科的交叉、融合是必然的趨勢(shì)，材料計(jì)算技術(shù)科學(xué)是材料、

6、物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的交叉研究領(lǐng)域。鼓勵(lì)材料科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)結(jié)合。整體已成為當(dāng)今科技發(fā)展的重要趨勢(shì)，多層次和跨學(xué)科正是計(jì)算材料學(xué)的特點(diǎn)和本質(zhì)。 數(shù)理模型的建立和實(shí)用化是關(guān)鍵。材料設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要依賴(lài)于數(shù)理模型。師昌緒說(shuō)：各層次研究的關(guān)鍵是根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能否發(fā)展出符號(hào)實(shí)際的解析與數(shù)理模型，解決不同層次間計(jì)算方法的選擇與整合。 材料計(jì)算設(shè)計(jì)科學(xué)的基礎(chǔ)研究必須加強(qiáng)。我國(guó)在材料設(shè)計(jì)或計(jì)算材料學(xué)方面的研究落后于國(guó)外，且在觀(guān)念、思維上也沒(méi)有跳出國(guó)外現(xiàn)有的思路，有的還比較偏激。需要開(kāi)展基礎(chǔ)研究的工作較多：各層次的接口問(wèn)題：大量實(shí)用性數(shù)理模型的建立；一些共性問(wèn)題的解決；材料性能的可靠性設(shè)計(jì)等，特別是新材料

7、的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)研究工作則更多。1什么是材料設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)？數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)在材料設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)作用是什么？材料設(shè)計(jì)技術(shù)：量子理論的各種計(jì)算方法、熱力學(xué)計(jì)算方法、半經(jīng)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算方法 等。材料設(shè)計(jì)的途徑：材料設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)、材料設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì) 各個(gè)系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)庫(kù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一門(mén)新興技術(shù)。材料數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)是以存取材料知識(shí)和數(shù)據(jù)為主要內(nèi)容的數(shù)值數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)一般應(yīng)包括材料的性能及一些重要參量的數(shù)據(jù)，材料成分、處理、試驗(yàn)條件以及材料的應(yīng)用與評(píng)價(jià)等內(nèi)容。知識(shí)庫(kù)主要是材料成分、組織、工藝和性能間的關(guān)系以及材料科學(xué)與工程的有關(guān)理論成果。作用：知識(shí)庫(kù)是人工智能派生出來(lái)

8、的一種應(yīng)用技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)人工智能的基本條件。實(shí)際上知識(shí)庫(kù)就是材料計(jì)算中的一系列數(shù)理模型，用于定量計(jì)算或半定量描述的關(guān)系式。數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的是具體的數(shù)據(jù)值，它只能進(jìn)行查詢(xún)，不能進(jìn)行推理，就像倉(cāng)庫(kù)一樣。知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的是規(guī)則、規(guī)律，通過(guò)數(shù)理模型的推算、運(yùn)算，以一定的可信度給出所需要的性能等數(shù)據(jù)；也可以利用知識(shí)庫(kù)進(jìn)行成分和工藝控制參量的計(jì)算設(shè)計(jì)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)材料性能的預(yù)測(cè)功能和設(shè)計(jì)功能，達(dá)到設(shè)計(jì)的雙向性。2. 材料設(shè)計(jì)中的專(zhuān)家系統(tǒng)主要有哪些類(lèi)型？主要發(fā)展方向是什么？專(zhuān)家系統(tǒng)又稱(chēng)智能決策支持系統(tǒng)(Intelligenee Decision Support System,簡(jiǎn)稱(chēng)IDSS)，它是指

9、采用專(zhuān)家推理方法的計(jì)算機(jī)模型來(lái)解決現(xiàn)實(shí)世界中提出的需要由專(zhuān)家來(lái)分析和判斷的復(fù)雜 問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)所研究的是具有解決問(wèn)題的能力的專(zhuān)門(mén)知識(shí)的人機(jī)系統(tǒng)，這些專(zhuān)門(mén)知識(shí)包 括在特定領(lǐng)域中理解有關(guān)問(wèn)題的知識(shí)，以及解決其中若干問(wèn)題的技巧。專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型：1解釋專(zhuān)家系統(tǒng)( expert system for interpretation):任務(wù)：通過(guò)對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和推理，從而確定它們的含義，給出相應(yīng)解釋?zhuān)惶攸c(diǎn)a.數(shù)據(jù)量很大，常不準(zhǔn)確、有錯(cuò)誤、不完全 b.能從不完全的信息中得出解釋?zhuān)?并能對(duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)c.推理過(guò)程可能很復(fù)雜和很長(zhǎng)。例子語(yǔ)音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號(hào)解釋等2. 預(yù)測(cè)

10、專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for prediction)任務(wù)：通過(guò)對(duì)過(guò)去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來(lái)可能發(fā)生的情況；特點(diǎn)a.系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化，且可能是不準(zhǔn)確和不完全b.系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模型例子有氣象預(yù)報(bào)、軍事預(yù)測(cè)、人口預(yù)測(cè)、交通預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)和農(nóng)產(chǎn)品預(yù)測(cè)等3. 診斷專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for diag no sis)來(lái)推斷出相應(yīng)對(duì)象存在的故障和產(chǎn)故任務(wù)：根據(jù)輸入系統(tǒng)的有關(guān)被診斷對(duì)象的信息，障的原因，并進(jìn)一步給出排除故障方法的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)特點(diǎn)a.能夠了解被診斷對(duì)象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系b.能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種

11、現(xiàn)象c.能夠向用戶(hù)提出測(cè)量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷例子有醫(yī)療診斷、電子機(jī)械和軟件故障、材料失效診斷等4. 設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for design)任務(wù)：根據(jù)用戶(hù)輸入的設(shè)計(jì)要求數(shù)據(jù)，求解出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)配置方案能 設(shè)計(jì)特點(diǎn)a.從多種約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)b.系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間c.試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì)，易于修改d.能夠使用已有設(shè)計(jì)來(lái)解釋當(dāng)前新的VAX計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)家系例子電路、土木建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、統(tǒng)等5. 規(guī)劃專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for planning)任務(wù)：根據(jù)給定的規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù)，制定出某個(gè)

12、能夠達(dá)到目的的動(dòng)作規(guī)劃或行動(dòng)步驟特點(diǎn)a.所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的，需要對(duì)未來(lái)動(dòng)作做出預(yù)測(cè)b.所涉及的問(wèn)題可能很復(fù)雜，能抓住重點(diǎn)，除了各個(gè)子目標(biāo)和不確定信息。例子軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機(jī)器人規(guī)劃專(zhuān)家系統(tǒng)、汽車(chē)和火車(chē)運(yùn)行調(diào)度專(zhuān)家系統(tǒng)等6. 監(jiān)視專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for monitoring)任務(wù)：對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過(guò)程的行為進(jìn)行不斷觀(guān)察，并把觀(guān)察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報(bào)特點(diǎn)a.系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，在事故之前預(yù)警b.系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性c.系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息例子核電站、防空、國(guó)家財(cái)政、傳染病和農(nóng)作物-粘蟲(chóng)測(cè)

13、報(bào)專(zhuān)家系統(tǒng)7. 控制專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for control)任務(wù)：用來(lái)對(duì)一個(gè)受控對(duì)象或客體的行為進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)與管理，以使其滿(mǎn)足預(yù)期要求特點(diǎn)a.控制專(zhuān)家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能例子空中交通管制、商業(yè)管理、自主機(jī)器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過(guò)程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制8. 調(diào)試專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for debugging)任務(wù)：對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見(jiàn)和方法特點(diǎn)a.同時(shí)具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)和診斷等專(zhuān)家系統(tǒng)的功能例子少見(jiàn)9. 教學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for in struct ion)任務(wù)：根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)

14、，以最為恰當(dāng)教案和教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)和 輔導(dǎo)特點(diǎn)a.同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能b.具有良好的人機(jī)界面例子MACSYMA 符號(hào)積分與定理證明系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和物理智能計(jì)算 機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)等10. 修理專(zhuān)家系統(tǒng) (expert system for repair)任務(wù)：對(duì)發(fā)生故障的對(duì)象(系統(tǒng)或設(shè)備)進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作特點(diǎn)a.有診斷、調(diào)試、計(jì)劃和執(zhí)行等功能例子ACI電話(huà)和有線(xiàn)電視維護(hù)修理系統(tǒng)3. 材料設(shè)計(jì)中計(jì)算模擬有哪些層次，各層次的主要方法是什么？各層次模擬所對(duì)應(yīng)的常用軟 件主要有哪些？(1)原子結(jié)構(gòu)層次(Atomic scale)，主要凝聚態(tài)物理學(xué)家和量子化學(xué)處理這一微觀(guān)尺度范圍。(

15、2 )微觀(guān)層次(Microcosmic scale)，即介于原子和宏觀(guān)之間的中間尺度，主要是材料學(xué)家、 冶金學(xué)家、陶瓷學(xué)家處理。(3)宏觀(guān)尺寸(Macrostructure)，此時(shí)大塊材料的性能被用作制造過(guò)程，機(jī)械工程師，制造 工程師等分別在這一尺度范圍進(jìn)行處理。第一原理模擬技術(shù)：材料的電子結(jié)構(gòu)及相關(guān)物性與宏觀(guān)性能密切相關(guān)因此*研究材料的電子結(jié)構(gòu)及相關(guān)物性，對(duì)從微觀(guān)角度了解材料宏觀(guān)形變與斷裂力學(xué)行為的本質(zhì)機(jī)制具有重 要價(jià)值，也能為探索改善材料力學(xué)性能的可能途徑提供指導(dǎo)?；诹孔恿W(xué)第一原理的局部密度函數(shù)(LDF)理論上的各種算法 (LMTO , FLAPW , SCF-Xa-SW, LKKR

16、)已能夠計(jì)算材料 的電子結(jié)構(gòu)及一些基本物理性能，包括晶界一非晶一自由表面與斷紋面一雜質(zhì)一缺陷等各類(lèi)原子組態(tài)的電子結(jié)構(gòu)、相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、點(diǎn)和切變面缺陷能量、理想解能量、原子鍵強(qiáng)及熱力學(xué)函數(shù)等，這使得在實(shí)驗(yàn)和理論之間的比較不再局限于依靠經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)參量勢(shì)函數(shù)的計(jì)算 模式。原子模擬技術(shù)按照獲得原子位形或微觀(guān)狀態(tài)的方法，對(duì)于完整和非完整晶體的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)，有幾種可行的模擬方法，如分子動(dòng)力學(xué)方法(MD)，蒙特卡羅方法(MC),最小能量法(EM)等。分子動(dòng)力學(xué)(Molecular dynamics method, MD for short),其目標(biāo)是研究體系中與時(shí)間和溫度有關(guān)的性質(zhì)而不只是靜力學(xué)

17、模擬中研究的構(gòu)型方面，分子動(dòng)力學(xué)方法是求解運(yùn)動(dòng)方程(如牛頓方程、哈密頓方程或拉格朗日方程)，通過(guò)分析系統(tǒng)中各粒子的受力情況，用經(jīng)典或量子的方法求解系統(tǒng)中各粒子在某時(shí)刻的位置和速度，來(lái)確定粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。蒙特卡羅方法 (Monte Carlo Method , MC for short)根據(jù)待求問(wèn)題的變化規(guī)律，人為地構(gòu)造出一個(gè)合適的概率模型，依照該模型進(jìn)行大量的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，使它的某些統(tǒng)計(jì)參量正好是待求問(wèn)題的解.最小能量法(Minimal energy Method, EM for short) 是利用計(jì)算機(jī)計(jì)算晶體的能量，通過(guò)調(diào)整 原于的位置、調(diào)整原子間的化學(xué)鍵長(zhǎng)和鍵角得到最可能的結(jié)構(gòu)，使其系統(tǒng)能

18、量下降，達(dá)到最小，所計(jì)算的能量值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，可達(dá)到相當(dāng)精確的程度。4. 現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法在材料設(shè)計(jì)主要有哪些方法？現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶攸c(diǎn)將為材料優(yōu)化設(shè)計(jì)、熱應(yīng)力計(jì)算、斷裂分析、數(shù)值模 擬以及結(jié)構(gòu)表征、缺陷分析等許多方面提供強(qiáng)有力的研究工具，也為材料科學(xué)目前遇到的大量無(wú)規(guī)律、非線(xiàn)性的復(fù)雜問(wèn)題提供解決辦法的新思路，今后將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。有限元法(finite element method， FEM)有限元法的基本思想是將結(jié)構(gòu)物質(zhì)看成是由有限個(gè)劃分的單元組成的整體，以單元節(jié)點(diǎn)的位移或結(jié)合點(diǎn)作為基本未知量求解，按照基本未知量的不同，可分為位移法、力法和混合法。位移法選取結(jié)點(diǎn)位移作為基本未

19、知量，力法選取結(jié)點(diǎn)力作為基本未知量，而混合法則選取一部分結(jié)點(diǎn)位移和一部分結(jié)點(diǎn)力作為基本未知量。在實(shí)驗(yàn)研究中，根據(jù)研究對(duì)象的不同， 選取方向也不同，在材料研究中，多數(shù)采用位移法。遺傳算法拓?fù)浞ǚ中涡〔ǚ治鋈斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)5. 在材料設(shè)計(jì)與模擬中，有限元方法主要適用于解決哪些問(wèn)題？采用有限元方法研究 FGM中的熱應(yīng)力時(shí)，首先建立 FGM的成分分布函數(shù)，然后建立 有限元模型，利用混合律等法則確定材料的物理性能參數(shù)(如熱導(dǎo)率入、線(xiàn)膨脹系數(shù)a、彈性模量E、泊松比v等)，再采用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。采用這種方法研究了 Ti-Ni梯度功能材料的組成分布與熱應(yīng)力最大值之間的關(guān)系。因此，采用有限元分析方法可以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)梯度

20、中間層的厚度、層數(shù)及最佳成分分布情況。對(duì)實(shí)際非均勻介質(zhì)，要得到熱應(yīng)力分布的解析解幾乎是不可能的，而有限元法是解決此類(lèi)問(wèn)題的最有效方法。有限元法在材料加工過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)高度畸變時(shí)，有限元法有著一定的局限有限元處理復(fù)雜問(wèn)題：動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展問(wèn)題，高速?zèng)_擊及幾何畸變問(wèn)題，材料裂變問(wèn)題， 金屬材料成型問(wèn)題，多相變問(wèn)題等。6. 有限法在材料設(shè)計(jì)與模擬中主要局限性是什么？用有限元分析這些問(wèn)題時(shí)，由于巨大的網(wǎng)格畸變或單元分裂等造成有限元求解的困難甚至導(dǎo) 致求解的失敗.為了解決這些問(wèn)題，往往在有限元計(jì)算中不斷地進(jìn)行有限網(wǎng)格重新劃分，然而，這樣不但大大地增加了計(jì)算時(shí)間，而且對(duì)于有些

21、問(wèn)題單單重新劃分網(wǎng)格并不能完全解決問(wèn)題。首先，在應(yīng)用有限元分析一個(gè)問(wèn)題時(shí)， 很多人力都用在網(wǎng)格的劃分， 真正用于分析計(jì)算 的CPU時(shí)間一般較短在人力越來(lái)越昂貴，而 CPU費(fèi)用越來(lái)越便宜的今天， 這一問(wèn)題顯得 越來(lái)越突出。其次，有限元采用了分片連續(xù)的形狀函數(shù)，并且形狀函數(shù)的階次較低，使得有限元所求得的應(yīng)力精度相對(duì)較低，因此在有限元應(yīng)用中需要復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的后處理過(guò)程。再次，盡管已經(jīng)發(fā)展了很多有限元自適應(yīng)分析的方法，但有限元真正實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)分析仍存在很多技術(shù)上的困難，尤其對(duì)三維問(wèn)題。1什么叫數(shù)據(jù)挖掘？數(shù)據(jù)挖掘的動(dòng)力是什么？定義：數(shù)據(jù)挖掘(data mining)是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨

22、機(jī)的數(shù)據(jù) 中提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識(shí)的過(guò)程。在人工智能領(lǐng)域，習(xí)慣上又稱(chēng)為數(shù)據(jù)庫(kù)中知識(shí)發(fā)現(xiàn)(Knowledge Discovery in Database,KDD)，也有人把數(shù)據(jù)挖掘視為數(shù)據(jù)庫(kù)中知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的一個(gè)基本步驟。動(dòng)力：大量信息在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)也帶來(lái)了一大堆問(wèn)題：1信息過(guò)量，難以消化；2信息真假難以辨識(shí)；數(shù)據(jù)爆炸3信息安全難以保證；4信息形式不一致，難以統(tǒng)一處理。人們開(kāi)始提出“要學(xué)會(huì)拋棄信息”人們開(kāi)始考慮“如但知識(shí)貧乏一個(gè)新的口號(hào)：“。：“何才能不被信息淹沒(méi)，而是從中及時(shí)發(fā)現(xiàn)有用的知識(shí)、提高信息利用率。2數(shù)據(jù)挖掘的三大技術(shù)基礎(chǔ)和三大粗略步驟是什

23、么？?三大技術(shù)基礎(chǔ)：海量數(shù)據(jù)搜集強(qiáng)大的多處理器計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)挖掘算法三大粗略步驟：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：數(shù)據(jù)選擇：目標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)預(yù)處理：消除噪聲，不一致，冗余 數(shù)據(jù)變換：連續(xù)數(shù)據(jù)離散化，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 數(shù)據(jù)歸約：特征選擇或抽取數(shù)據(jù)挖掘：首先明確任務(wù)，如數(shù)據(jù)總結(jié)，分類(lèi)，聚類(lèi)，關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)，序列模式發(fā)現(xiàn) 結(jié)果的解釋評(píng)估考慮用戶(hù)知識(shí)需求根據(jù)具體數(shù)據(jù)集合，選擇有效挖掘算法結(jié)果的解釋評(píng)估對(duì)挖掘出來(lái)的結(jié)果，經(jīng)用戶(hù)或機(jī)器評(píng)價(jià)，剔除冗余或無(wú)關(guān)的模式 模式不滿(mǎn)足用戶(hù)要求時(shí)，返回到某一步，重新挖掘，如：重新選擇數(shù)據(jù)采 用新的變換方法，設(shè)定新的數(shù)據(jù)挖掘參數(shù)，或者換一種挖掘算法。挖掘的結(jié)果是面向用戶(hù)的，對(duì)挖掘結(jié)果進(jìn)行可視化或者轉(zhuǎn)化為用戶(hù)易

24、于理 解的形式表示3數(shù)據(jù)挖掘有哪些其它稱(chēng)謂？數(shù)據(jù)挖掘涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，有多個(gè)術(shù)語(yǔ)名稱(chēng)(可能其側(cè)重點(diǎn)有所差別)數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，知識(shí)抽取，信息發(fā)現(xiàn)，智能數(shù)據(jù)分析，探索式數(shù)據(jù)分析, 信息收獲，數(shù)據(jù)考古數(shù)據(jù)挖掘流行于統(tǒng)計(jì)界，數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)分析，管理信息系統(tǒng)界。4為什么材料研究中的兩個(gè)共性問(wèn)題需要數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的支持？（1）材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、性能關(guān)系的研究，即解答“T用何種原子可堆成何種結(jié)構(gòu)，形成的 物質(zhì)（或材料）具有何種物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)，或具有何種使用性能的問(wèn)題。據(jù)此可以有 目的地設(shè)計(jì)具有指定性能的材料，以適應(yīng)某種實(shí)際需要。（2）材料制備或生產(chǎn)中傳熱、傳質(zhì)、流體流動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)（有時(shí)還有相變）的交互作用，以及這些作用與材料性能、合格率、可靠性、能耗、成本等的關(guān)系，即解答 J用何種流程、何 種設(shè)備、何種配方、在任何條件下生產(chǎn)或制備該種材料可有最佳效果的問(wèn)題。據(jù)此可以關(guān) 系 <多因子r 非線(xiàn)性、高噪聲）本率性成 耗址率格*產(chǎn) 能質(zhì)產(chǎn)合可生有目的地設(shè)計(jì)該種材料的生產(chǎn)工藝流程。分子參數(shù) 駐玻態(tài)