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《重庆大学》 2008年
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材料信息学基础及材料信息学平台工程应用研究

魏群义  
【摘要】: 材料科研的进行也就是材料数据的产生过程,材料数据已经成为驱动材料科研的动力。随着材料科学的发展和因特网的迅速发展,材料信息的数据量和复杂性大大提高。如何高效管理、存储不同类型的材料科学数据,如何最大限度地从中挖掘有价值的信息,如何最大限度地实现材料信息的资源共享和知识创新,如何提高材料科研的效率,降低新材料开发的成本和开发时间等,都是摆在材料研究工作者面前的一系列难题。材料信息学正是在这一背景下提出和发展起来的。材料信息学的发展有利于解决材料科学面临的挑战,顺应了当代材料科学技术发展的大趋势。 材料信息学自1999年提出以来,已在组合材料科学和材料设计等方面得到了应用,不少国家成立了专门的研究室开展系统的研究。目前,材料信息学发展遇到的问题主要有:研究的深度和广度不够;没有引起足够重视;材料信息标准化程度低;数据共享意识不够;材料信息学专业人才缺乏。论文在综合分析材料信息学的国内外研究现状和发展趋势的基础上,开展了材料信息学的基础理论研究,探索构建材料信息学平台并进行应用研究。论文分析了中国开展材料信息学研究的良好基础,讨论了我国材料信息学的发展思路:实现材料数据、材料数据库的标准化;建立材料知识库,构建材料信息学平台;找准突破口,积极开展材料信息学工程应用研究;加快培养材料信息学专业人才。 论文开展了材料信息标准化的研究,材料信息标准化对于信息的共建共享和材料数字科研具有重要的意义。针对目前应用较为广泛的材料信息标识语言MatML,在分析研究MatML的特点和存在的不足的基础上,提出了材料信息胞的构想,采用XML Schema技术,创建了材料信息标准化语言MatCellXML,实现了材料信息的标准化。MatCellXML相对于MatML具有以下优势:XML标记更容易懂;能表达的材料信息范围更广泛;更有利于表达复杂的材料信息;有利于材料术语的标准化。采用了MatCellXML语言用于具体的材料信息表达,并用于“中国西部轻合金信息网”的材料信息的导出格式。 论文提出了构建材料信息学平台框架的总体设计原则。基于对几种典型的网络体系结构的介绍和特点分析,采用B/S模式的三层网络体系结构模式作为材料信息学平台系统的网络架构。材料信息学平台由通讯层、数据表达层、数据层、功能层、界面层、用户层六个模块构成,数据层是整个平台系统的核心,其他模块都是围绕它而运行的。分析讨论了实现材料信息学平台的四大关键技术——系统集成技术、材料信息挖掘技术、材料知识技术和材料信息安全传输模型。 将材料信息学平台框架应用于汽车发动机气门的优化设计和材料性能评价领域,开发了汽车发动机气门设计优化平台,并在相关企业得到了实际应用。 论文进行了材料信息学的基础理论研究,从材料信息学的内在和外在的形成动因,讨论了学科的应用前景。从材料信息学的定义、研究对象、学科性质、研究内容等方面论述了材料信息学的学科定位,将材料信息学定位为材料科学和信息科学相互融合和渗透形成的交叉学科,是一门能够促进材料科学研究和材料行业发展的综合性的应用学科。从学科的理论基础、学科结构、研究方法论、与其他学科之间的联系等方面重点阐述了材料信息学的基础理论、方法论、应用技术、技术体系和工程体系五大部分。并根据材料信息学学科的交叉性、综合性和应用性的三大特点,提出了发展材料信息学的思路和建议。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB30

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【参考文献】
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