日本材料科学与工程

时间：2021-05-01 12:48:21 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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日本材料科学与工程 本文内容：

日本留学：热门专业之材料科学与工程相关专业

日本材料科学与工程相关专业是日本留学的热门专业之一，材料科学与工程相关专业拥有良好的就业前景，各类企业的研发与生产部门：例如联想、三星、保洁、海尔、长虹等国内外企业，可以说无论是IT类企业，还是日用化工类企业，还是机械加工类企业，都需要材料及相关工程方面的人才，以下是日本留学专业之材料科学与工程相关专业介绍：

【日本材料科学与工程相关专业主要推荐院校】

东京大学、东北大学、京都大学、大阪大学、名古屋大学、北海道大学、九州大学、九州工业大学、宇都宫大学

一、日本留学材料科学与工程相关专业简介：

新材料是现代科学技术发展的物质基础和技术先导。材料学科的发展和进步对工业的发展和进步起着关键作用，近年来越来越被重视，就业前景日渐可观。日本的材料科学域具有扎实基础理论和过硬专业技能素质，行业信息几乎引领这世界的潮流，赴日学习材料科学与工程相关专业，可获得从事材料研究、技术开发、工艺设计、生产经营管理的具有创新意识的高素质复合型人才的战略素质优势。

二、日本的材料科学与工程相关专业：

工业材料学科、材料开发工学科、材料科学科、机能材料工学科、材料机能工学科、材料工学科、材料创造工学科、材料物理工学科、尖端材料工学科、信息材料工学科、金属工学科、金属材料工学科、材料工学科、材料加工学科、材料物性工学科、材料加工工学科等、机能机械学科、机能高分子学科、高分子学科、精密素材工学科、纤维体系工学科、素材开发化学科、有机材料工学科等。

三、材料科学与工程相关专业学生毕业时将获得的知识和能力：

1、金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及其它高新技术材料科学的基础理论和材料合成与制备、材料复合、材料设计等专业基础知识

2、材料性能检测和产品质量控制的基本知识，具有研究和开发新材料、新工艺的初步能力

3、材料加工的基本知识，具有正确选择设备进行材料研究、材料设计、材料研制的初步能力

4、本专业必需的机械设计、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能

5、相关的技术经济管理知识;

6、文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。

四、日本留学材料科学与工程专业相关专业会开设的课程：

与其他工科专业相同，材料科学与工程专业在大学一、二年级会安排基础科目的学习，如高数、线性代数、概率统计、英语、C语言、物理、物理实验等，以及社会类课程包括政治学、经济学、法律基础等。此外，由于专业相关性，还会开设机械设计基础、机械制图、电工学这样与材料生产设备等相关课程。

专业课程方面，在大一、大二学生会学习专业基础平台课程，包括无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、材料科学与工程概论等。看到这一连串的化学课程可能有些同学会问“我进的这到底是材料系还是化学系啊?”其实无论什么材料，影响其性能的因素无外乎其化学结构，分子也好原子也好离子也好。因此，这几门与化学相关的课程可以说是我们研究材料性能的基础，是材料学的基石。而且化学知识是我们制造合成材料的基础，将来我们搞材料方面的研发也好，生产也好，在了解其是“怎么来的”这一基础上我们才能进行进一步的工作，改性，深加工，塑形，精制，诸如此类。

升入大三后将深入学习更为专业的知识，包括材料物理性能、材料力学、材料工程基础、电化学、工程材料力学性能、物理冶金原理、现代材料研究技术。无论将来选择材料五大专业方向的任何一个，这几门课程都是必不可少的基础知识。材料学是一门综合性相当强的学科，即使你的主要研究或者工作方向只是某一种材料，比方说专门研究陶瓷，或者专门从事工程塑料的生产，但是其他材料的基本性质还是要知道的，因为材料的工作环境不是单一的，它很可能要与其他材料共同合作才能更好发挥功效。

之后，诸位材料专业的学生面对的就是专业方向的选择。金属与陶瓷材料、电子信息材料与材料设计、材料加工工程与自动化、材料腐蚀与防护、高分子及复合材料、高分子物理、高分子化学、复合材料与工程塑料等等。

以上是日本材料科学与工程相关专业介绍，希望能对赴日本留学的学子有更多的帮助。

篇2：《材料科学新进展》

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《材料科学新进展》word版 本文简介：《材料科学新进展》大作业姓名：王伟学号：1111103108磁光材料1.磁光效应的发现及磁光效应1845年，英国物理学家Faraday首次发现了磁致旋光效应。其后一百多年，人们又不断发现了新的磁光效应和建立了磁光理论，但磁光效应并未获得广泛应用。直到1950年代，磁光效应才被广泛应用于磁性材料磁畴结

《材料科学新进展》word版 本文内容：

《材料科学新进展》大作业

姓名：王伟

学号：1111103108

磁光材料

1.磁光效应的发现及磁光效应

1845

年，

英国物理学家

Faraday首次发现了磁致旋光效应。其后一百多年，人们又不断发现了新的磁光效应和建立了磁光理论，但磁光效应并未获得广泛应用。直到

1950年代，磁光效应才被广泛应用于磁性材料磁畴结构的观察和研究。近年来，随着激光、计算机、信息、光纤通信等新技术的发展，人们对磁光效应的研究和应用不断向深度和广度发展，从而涌现出许多崭新的磁光材料和磁光器件。各种磁光材料——磁光玻璃、磁光薄膜、磁性液体、磁性光子晶体和磁光液晶等发展极为迅速，磁光材料及器件的研究从此进入空前发展时期，并在许多高新技术领域获得了广泛的应用。有些物质，如顺磁性、磁铁性、反铁磁性和亚铁磁性物质的内部，具有原子或离子磁矩。这些具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性会发生变化，因而使光波在其内部的传输特性也发生变化，这种现象称为磁光效应。

磁光效应，包括法拉第效应、克尔效应、磁线振双拆射(科顿一穆顿效应和瓦格特效应)、磁圆振二向色性、磁线振二向色性，塞曼效应和磁激发光散射等，其中最为人们所熟悉，而且亦最有用的是法拉第效应。

法拉第效应是指一束线偏振光沿外加磁场方向（磁化强度矢量的方向）通过置于磁场中的介质时，由于左、右旋圆偏振光（线偏振光分解来的，透射后存在相位差、仍合成为线偏振光）在铁磁体中的折射率不同，透射光的偏振化方向相对于入射光的偏振化方向转过一定角度（法拉第转角）的现象。

2.磁光材料

磁光材料是在可见和红外波段具有磁光效应的光信息功能材料，它是随着激光和光电子学技术的兴起与需要而发展起来的。和磁光材料同时发展、相互促进的，还有相应的磁光器件。应用最广泛的磁光材料有磁光玻璃、各种稀土元素掺杂的石榴石、稀土-过渡金属合金薄膜、磁性液体、磁性光子晶体和磁光液晶等材料。

磁光玻璃因其在可见光和红外区具有很好的透光性，且能够形成各种复杂的形状、拉制成光纤因而在磁光隔离器、

磁光调制器和光纤电流传感器等磁光器件中有广泛的应用前景，

并随着光纤通信和光纤传感的迅速发展越来越受人们重视。按其转角偏转方向的不同，磁光玻璃分两类：一类是含有Tb3+、Dy3+和Pr3+等稀土离子的顺磁玻璃；一类是含有极化率高的

Bi3+、Pb2+、Sb3+等离子的逆磁玻璃。

自1960

年代以来，伴随着光纤通讯技术的发展，

各国科研工作者对磁光玻璃进行了广泛而深入的研究，

从揭示磁光效应的本质到寻求最大

Verdet

常数的玻璃系统，

均已取得了显著成果。

1970

年代初液相外延石榴石薄膜的问世，标志磁光材料从块状晶体发展到薄膜材料，

使磁光材料的应用领域扩展到磁泡存储、光纤通讯、激光陀螺、磁光传感器等尖端技术领域，开始了磁光材料与器件发展的新阶段。1980

年代末，日本学者Gomi等发现Ce:YIG单晶薄膜具有巨磁光法拉第效应，再次为磁光器件发展打下了坚实的基础。近年来，

掺

Bi和掺Ce

系列稀土石榴石磁光薄膜是研究的热点。此类薄膜材料具有巨大的磁光效应、低的光吸收损耗及高的磁光优值，被广泛应用于光录像、光复制、光存储和光信息处理的磁光显示器。

磁性光子晶体材料因其磁光效应强、Verdet常数大、体积小，满足系统集成化的要求而得到广泛的关注。

一维磁性光子晶体的磁光效应较普通连续分布的磁光材料有明显的提高。

为进一步提高材料的磁光效应，

人们在一维磁性光子晶体的周期性结构中引入缺陷，

相继提出了三明治结构和多缺陷结构等。

这类材料磁光效应的增大源于不同介质周期性排列的人工结构有很强的光局域效应。

张浩等应用状态方程分析了一维磁性光子晶体结构的磁光特性，发现选择适当的材料结构可以使得材料的法拉第旋转角大幅度增加。Yoshifumi

Ikezawa等利用多孔铝作为模板制作出了二维磁性光子晶体。

张守业等用高温熔盐法制备两种质量较好的

Bi替代稀土铁石榴石单晶

Bi:HoYbIG和Bi:GdYIG，法拉第旋转角较大，温度系数较小，磁光性能优异。此外，他们采用助熔剂高温溶液法成功地生长出块状

Ce:YIG单晶，与

GdBiIG，YIG等旋光材料相比，具有更大法拉第转角、小的温度系数和低廉成本等特点，广泛应用于磁致旋光-塞曼双频激光器、磁敏光纤和波导光隔离器等。

磁性液体（简称磁液）是由磁性纳米微粒均匀弥散于某种液体基液中所构成的高分子稳定胶体系统，可长期保持均匀状态。磁液的磁光特性包括法拉第效应、圆双色性、双折射效应和线二向色性等。文献报道，1982年，Llewellyn

教授研究了

Co、Fe2O3两种磁液在波长为

0.3~0.7μm内磁光效应的光谱特性，

发现其磁致双折射系数不像普通的磁光材料（如YIG）与波长成反比关系，而是呈上升趋势。1983

年，日本的

Taketomi

等研究了浓磁液薄膜的磁光效应，

发现其磁致双折射系数比硝基苯等高

107倍，与

YIG晶体的旋光系数相当。并从理论上明确提出：

磁粒沿外磁场方向链化是引起其磁光效应的根本原因。近年来，有关磁液磁光特性的研究正在不断地深入，

如开展其低温磁光特性及磁液液晶合成物的研究等。

磁液具有良好的磁光特性，

可用于制作磁光调制器、衰减器、隔离器、传感器等。此外，它还具有良好的红外透过特性，可用作新型红外磁光材料。

液晶是介于完全规则的晶体和各向同性的液体之间中间态的一种物质。在外磁场作用下，液晶分子的排列会发生变化，即光轴发生旋转（旋转方向与磁场的方向无关）

，

从而产生磁致旋光效应。利用液晶的这些性质，

可以制成光偏转器和光调制器等器件，

同时为更好的研究液晶的特性以及为液晶器件的设计提供了有力的参考。

3.磁光器件

磁光器件是指利用材料的磁光效应制作的各类光信息功能器件。以磁光材料为研究背景的磁光器件是一种非互易性旋光器件，在光信息处理、光纤通信、共用天线光缆电视系统和计算机技术，以及工业、国防、宇航和医学等领域有广泛的应用。目前已研制出来的磁光器件有：磁光偏转器、磁光开关和调制器、隔离器、环行器、显示器、旋光器、磁强计、磁光盘存储器(可擦除光盘)以及各类磁光传感器等。

篇3：论有限元方法的基本原理及其在材料科学中的应用

论有限元方法的基本原理及其在材料科学中的应用 本文关键词：材料科，基本原理，学中，有限元，方法

论有限元方法的基本原理及其在材料科学中的应用 本文简介：论有限元方法的基本原理及其在材料科学中的应用现状姓名：---学号：06111----专业：材料科学与工程材料科学与技术学院2015年4月17日摘要：介绍了有限元法(FEM:FiniteElementMethod)的基本原理、特点、应用现状等。关键词：有限元法、特点、应用。1.有限元方法的基本原理、基

论有限元方法的基本原理及其在材料科学中的应用 本文内容：

论有限元方法的基本原理及其

在材料科学中的应用现状

姓名：---

学号：06111----

专业：材料科学与工程

材

料

科

学

与

技

术

学

院

2015年4月17日

摘要：介绍了有限元法

(

FEM

:Finite

Element

Method

)

的基本原理、特点、应用现状等。

关键词：有限元法、特点、应用。

1.有限元方法的基本原理、基本思路、应用过程、特点

1.1有限元方法的基本原理

有限元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。物体被离散为更小的单元后,通过对各个单元进行分析,把单元分析结果组合就得到对整个分析对象结构的分析。这种方法适合解决区域比较复杂的微分方程的定解问题。有限元单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身又可以有不同的形状,因而可以模型化几何形状复杂的求解区域,而另一个重要的数值方法有限差分法也有将连续函数离散化的思想,但在处理复杂边界时仍存在困难,其在网格划分方面远不及有限元法灵活。

有限元法的一个重要特点是利用在每一个单元内的近似函数来分片地表示全求解域上的待求的未知场函数。单元内的近似函数通常由未知场函数或其导数在单元的各个结点的数值和其插值来表示。这样一来,在一个问题的有限元分析中,未知场函数或其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量,使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。一旦求解出这些未知量,就可以通过插值函数计算出各个单元内的场函数的近似值,从而得到整个求解域的近似值。

在用单元把求解区域离散化方面,存在一个自由度数量的选取问题,自由度选得太少,近似解的误差大,有时结果根本没有应用价值;自由度取得多,解的近似程度相应增大,但会导致求解方程的规模增大,以至于计算机无法胜任,所以有限元的发展、完善和应用与计算机技术的发展密切相关。近

20

年来,计算机的运算速度和存储容量以惊人的速度提高,使得有限元法的求解能力迅速提高,十几年前,求解问题的自由度规模大多数在几千个左右,现在人们已经开始进行几十万自由度以上规模问题的分析研究。

1.2有限元方法的基本思路

有限元法是一种基于变分法而发展起来的求解微分方程的数值计算方法,他是通过计算机采用分片近似,进而逼近整体的研究思想

求解物理问题。先将物体或求解域离散为有限个互不重仅通过节点

相互连接的子域,原始边界条件也被转化为节点上的边界条件。在单元上选择一些合适的节点作为求解函数的插值点,将微分方程中的

变量改写成由各变量或其倒数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式,借助于变分原理或加权残值法,建立有限元方程,从而将微

分方程转化为一组以变量或其倒数的节点值为未知量的代数方程组。进而借

助矩阵表示和计算机求解代

数方程组得到原问题

的近似解。有限元法的离散对单元没有限制,单元可以为不同形状,且不同单元可以相互连接组合,而且,随着区间离散数目越多,折线越逼近真实函数,计算精度就越高。

1.3有限元的应用过程

应用于实际问题须经历以下过程：

(1)

问题的数学描述。对问题客观规律的数学描述(通常是微分方程及边界条件)是建立有限元方程的前提。单元特性矩阵和整体有限元方程都是基于数学模型建立的。常见的弹性力学基本方程、运动方程、热传导方程等都是对客观现象的数学描述。

(2)

有限元方程的建立。利用变分原理,通过离散、单元分析、整体分析等过程,建立数学模型的有限元方程,它通常是一组易于用数值方法求解的代数方程。

(3)

算法研究。

有限元方程的计算量庞大,须有有效的算法来保证计算效率和精度,同时考虑对计算条件的要求。如求解大型线性方程组的带宽法、波前法,求解大型特征值问题的分块

Lanczos

法等。

(4)

程序开发。

数值计算依赖于计算机,因此求解算法需用相应的计算程序来实现。

(5)

有限元建模。对应于

FEA

系统的前处理(Pre

-

pro-cessing)。它为数值计算提供所有原始输入数据(节点数据、单元数据和边界条件数据)。

因为模型形式直接决定计算精度和规模,且建模所需时间约占整个

FEA

的

70%左右,所以建模质量和效率是

FEA

的关键。图

2

列出了有限元建模中的关键技术。

(6)

数值计算。对应于FEA系统的计算(Solving)。它由一系列计算程序组成,计算程序又称求解器(solver)。每个求解器完成特定类型的计算。因此求解器越多,系统功能越强。

(7)

结果处理。对应于FEA系统的后处理(Post

-

pro-cessing)。它对计算结果进行处理、显示、运算和列表等。

若按照(1)～

(7)过程,问题得以解决,则

FEM

应用结束;反之,则需根据求解结果提出改进方案,循环执行(5)

～

(7)过程,直至问题解决或得到最佳设计。

对于一个全新的问题,必须从第一步开始。

而对已知的问题,可从第(5)步开始,即直接利用已有的

FEA

系统,建立有限元模型。在实际应用中,绝大多数问题都属于第二类问题。

1.4有限元方法的特点

有限元法经过几十年的发展,已成为一种通用的数值计算方法,其鲜明的特点表现如下:（1）有限元法的基本思想是几何离散和分片插值,思想简单朴素,概念清晰易理解。

（2）有限元法计算格式的建立是基于物理概念和纯数学原理均可推得,数值计算的收敛性、稳定性均可从理论上得到证明,数值计算稳定、高效。

（3）由于有限元法的单元不限于均匀规则单元,所以,有限元法可以处理任意复杂边界的结构,同时,有限元法可通过选择单元插值函数的阶

次和单元数目来控制计算精度。

（4）计算格式规范,用矩阵表达,方便处理,易于计算机程序化。

（5）有限元法是一种通用的数值计算方法,应用范围广,适用于用微分方程表示的物理问题的求解。

2.有限元方法在材料科学中的应用现状

FEM

最早应用于固体力学领域,但由于其解决问题的有效性和实用性,很快推广应用于温度场、电磁场、流场、声场等连续介质领域。

目前

FEM

的应用领域主要包括:

2.1静力分析

包括线性非线性静力分析。

线性静力分析研究线弹性结构的变形和应力,它是工程结构分析和设计中最基本的方法。非线性结构静力分析主要研究外载作用下引起的非线性响应,其中非线性来源主要是材料非线性、几何非线性和边界条件非线性

3

大类。

2.2动力分析

主要包括以下分析类型:

(1)

模态分析。用于求解多自由度系统的模态参数。下图为计算得到的计算机主板的前三阶振型。

(2)

瞬态响应分析。求解在时域内结构承受随时间变化的载荷和速度作用时的动力响应。

(3)

简谐响应分析。对简谐激励结构在其平衡位置的振动进行分析。

(4)

频谱响应分析和随机振动分析。用于分析结构受已知频率激励时的最大响应。

(5)

屈曲和失稳分析。分析考察结构的极限承载能力,研究结构总体或局部的稳定性,获得结构失稳形态和失稳路径。

(6)

自动接触分析。用于接触边界定义和摩擦分析。

2.3失效和破坏分析

包括断裂分析(线弹性断裂分析和弹塑性断裂分析)、裂纹萌生与扩展分析、跌落分析和疲劳失效分析。下图是对电视机进行的跌落分析。

2.4热传导分析

包括稳态热传导分析、瞬态热传导分析、热辐射、强迫对流及温度的耦合分析。下图是一个铸造过程中的热传导分析,目的是追踪固化过程中铸件和模具的温度分布。

2.5声场分析

它用来研究在含有流体介质中声波的传播问题,或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。

2.6流体分析

研究流体速度、压强、密度变化规律和粘滞流体的运动规律及粘滞流体中运动物体所受阻力及其它热力学性质。下图是离心泵叶轮叶片表面相对速度和压力变化曲线。

3.结束语

有限元方法是20世纪50年代发展起来的一种数值计算方法,随着有限元理论研究的逐步深入和计算机技术的飞速发展,有限元方法得到了广泛的工程应用。

4,参考文献

[1]张永刚.有限元法发展

及其应用[J].科技情报开发与经济,2007(17).

[2]张晋红.有限元分析的发展趋势[J].建材技术与应用,2007(4).

[

3]王勖成,邵敏.有限元法基本原理及数值方法[

M]

.2

版.北京:清华大学出版社,1997:156-

163.

[4]刘英魁.有限元分析的发展趋势[J].建筑科学,2009(6).

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