计算机在材料科学中的应用实验,计算机在材料科学中的应用上机实验五

计算机在材料科学中的应用上机实验五

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计算机在材料科学中的应用上机实验五——Excel在材料制备计算中的应用一：某压电陶瓷的分子式为：Pb0.95Sr0.05(Zr0.5Ti0.5)O2+0.5Cr2O3+0.3Fe2O3所采用的原料及纯度如下表，要求配料1kg，试计算各原料的配比。原料及纯度原料名称纯度(%)原料名称纯度(%)铅 丹Pb3O498.0二氧化钛TiO299.0碳酸锶SrCO397.0三氧化二铁Fe2O398.9二氧化锆ZrO299.5三氧化二铬Cr2O399.0计算步骤：1、启动Excel，将原料及纯度数据输入工作表。2、计算坯式的分子量先将坯式改写为：(PbO)0.95(SrO)0.05(ZrO2)0.5(TiO2)0.5根据上式，将氧化物的摩尔数、分子质量输入工作表。再将对应氧化物的摩尔数与分子质量相乘得到氧化物质量。操作方法：选中B11单元格，在其中输入公式“=B9*B10”，回车；再将公式复制到C11、D11、E11；在F11中输入“=SUM(B11：E11)，回车，计算出1mol坯料质量。3、计算各主要原料所需的质量(%)a) 将氧化物质量除以1mol坯料质量。操作方法：选中B12单元格，在其中输入公式“=B11*100/$F$11”，回车；再将公式复制到C11、D11、E11。b) 将PbO、SrO的数量折算为Pb3O4、SrCO3的质量：Pb3O4→3 PbO+2O2↑，Pb3O4分解生成PbO的百分比为：3×PbO/Pb3O4=3×223.21/685.63×100=97.67(%)所需Pb3O4的量为：66.52/97.67×100=68.11(%)操作方法：先在B14中输入Pb3O4的分子量，选中E14，在其中输入公式“3*B10*100/B14”，回车。在G14中输入公式“=B12*100/E14”，回车。同样方法计算所需SrCO3的量。SrCO3 →SrO+CO2 ↑由SrCO3 分解生成SrO的百分比为：SrO/SrCO3=103.62/147.63 ×100=70.18(%)所需SrCO3的量为：1.62/70.18 ×100 =2.3%操作方法：先在B15中输入SrCO3的分子量，选中E15，在其中输入公式“C10*100/B15”，回车。在G15中输入公式“=C12*100/E15”，回车。结果如图：4、坯料配料单的计算以上算出的各原料需要量是纯原料的需要量，需按原料纯度换算出实际原料用量。a) 重新设计表头，将纯原料需要量表中。Pb3O4的量在烧结中会挥发一部分，要多加1.5%。操作方法：选中B19，输入公式“=G14+1.5”，回车；在C19中输入“=G15”、在D19中输入“=D12”、在E19中输入“=E12”分别将SrCO3、ZrO2、TiO2的量输入；Cr2O3、Fe2O3的量在坯式中已给出，在F19、G19中分别输入“0.5”、“0.3”。将原料纯度输入表中，该组数据可以直接调入。操作方法：在B20单元格中输入“=C3”，可将C3单元格中的数据直接调入。其余数据调入方法相同。b) 实际原料用量=纯原料需要量/原料纯度。操作方法：在B21中输入公式“=B19*100/B20”，回车；再将公式复制到C21至G21。c) 1kg坯料实际配料量的计算上面计算出的“实际原料用量”可以认为是100g坯料的配料量，扩大10倍即为1kg坯料实际配料量。操作方法：在B22单元格中输入“=B21*10”，回车；再将公式复制到C22至G22。 二、玻璃线膨胀系数的计算1、计算基础材料线膨胀系数：温度升高1℃时单位长度上所增加的长度。单位：cm/cm · ℃。用石英膨胀仪测定玻璃的线膨胀系数的计算公式： (1)α—待测玻璃的平均线膨胀系数；α石 —石英玻璃的平均线膨胀系数；T1、T2—计算膨胀系数的开始温度和终止温度；L—试样的原始长度。L1、L2—当温度为T1、T2玻璃试样的相对伸长。在0~300 ℃，玻璃的线膨胀系数是线性的，实验数据可用线性方程进行一次拟合：Y0=A0+A1T (2)式中的系数A0、A1可由下列方程给出：S0A0+S1A1=t0 (3)S1A0+S2A1=t1 (4)式中：其中，n为参加拟合的数据对数；Ti为测定点的温度，Li为当温度为Ti时玻璃试样的相对伸长值。解此方程组得： (5) (6)将A0、A1代入(2)式，即可求温度为 T1、T2时玻璃试样的相对伸长Y1、 Y2，再利用式(1)就可计算玻璃试样的线膨胀系数。2、Excel计算方法¡ 建立工作簿：膨胀系数计算×××。¡ 输入实验数据。¡ 计算条件确定：温度范围20～300℃，数据对个数n=20。在C8中输入20，在C9中输入300 ，在C10中输入20，在C11中输入51.88 ，C12中输入5.70E-07。¡ 计算Ti2：在B5中输入“=B2*B2”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。再将公式复制到C5～U5。¡ 计算TiLi：在B6中输入“=B2*B3”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。再将公式复制到C6～U6。¡ 计算S1：在F8中输入“=SUM(B2:U2)”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算S2：在I8中输入“=SUM(B5:U5)”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算t0：在F9中输入“=SUM(B3:U3)/100”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算t1：在I9中输入“=SUM(B6:U6)/100”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算A0：在F11中输入“=(F9*I8-I9*F8)/(C10*I8-F8*F8)”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算A1：在I11中输入“=(I9*C10-F9*F8)/(C10*I8-F8*F8)”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算Y1：在F13中输入“=F11+I11*C8”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算Y2：在I13中输入“=F11+I11*C9”，同时按“Shift+Ctrl+Enter”。¡ 计算线膨胀系数ECG：在C15中输入“=C12+(I13-F13)/(C11*(C9-C8))”，按Enter。3、用工作表函数FORECOST计算函数FORECAST是“通过一条线性回归拟合线返回一个预测值。”及根据一系列已知的x值和y值后，计算预测值。方法：¡ 新建工作表输入实验数据；¡ 室温伸长值Y1的计算：在H6中输入公式“=FORECAST(20,B4:U4,B3:U3)/100”，回车。¡ 终止温度伸长值Y2的计算：在H7中输入公式“=FORECAST(300,B4:U4,B3:U3)/100”，回车。¡ 线膨胀系数ECG的计算：在H9中输入“=D7+(H7-H6)/(D6*(D9-D8))”，按Enter。实验数据序号温 度 ℃伸长(×10-2mm)　　1480.52851.6397241102.551232.961333.471463.881564.291674.7101774.9111885.2122015.6132156142336.8152487.2162597.6172687.9182798.4192939203079.62131910.12233010.52334110.92435111.32536411.92637612.32738812.82840213.42941313.63042613.831437143245114.13346414.33447614.33548814.33650114.33751014.2385211439532144054414.34156014.94257516.44358719.444597204560819.74662018.547630164864011.57 关 键 词： 计算机 材料科学 中的 应用 上机 实验

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