معرفی ۱۱نرم افزار پرکاربرد رشته مهندسی مواد +جزئیات

به گزارش سرویس فناوری اطلاعات«خبرنامه دانشجویان ایران»؛ علم مواد (Materials Science) یا مهندسی و علم مواد یک حوزهٔ میان رشته‌ای است که در آن رابطهٔ بین ساختار و خواص مواد به منظور طراحی مواد جدید برای پاسخگویی به نیازهای روزافزون فناوری مواد مورد بررسی قرار می‌گیرد. امروزه با افزایش تحقیقات در زمینهٔ نانو، مهندسی مواد به یکی از رشته‌های پیشرو در عرصه دانش بدل شده‌است. به‌طور خلاصه یک مهندس مواد در نخستین گام به‌کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، پراش پرتوهای ایکس و هم چنین روش‌ها و تجهیزات مشابه به شناسایی و بررسی ساختار میکروسکوپی مواد گوناگون می‌پردازد. در گام بعدی خواص مختلف مواد مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرند تا روش‌های تولید مواد جدید یا بهبود خواص مواد قبلی فرا گرفته شود.

علم مواد یا مهندسی مواد، یکی از اصلی‌ترین رشته‌های مهندسی است، زیرا دیگر رشته‌های مهندسی بدون مواد صنعتی ساخته شده توسط مهندسین مواد کارایی ندارند به عنوان مثال همه قطعات یک سیستم کامپیوتر با علم مواد ساخته می‌شود یا همه مصالح مورد نیاز ساختمان‌سازی برای رشته عمران را مهندسین مواد می سازند. در واقع بخش عمده ی مهندسی مواد از علم فیزیک و شیمی تشکیل شده است که البته کمی ریاضی هم به دلیل اینکه جزو رشته های مهندسی است به همراه دارد. مهندسی مواد و متالورژی در گذشته در دو زمینه مجزای سرامیک و متالورژی تقسیم ‌بندی می شد ؛ اما اکنون شامل طیف وسیعی از مواد مانند: فلزات ، سرامیک‌ها ، پلیمرها ، نیمه هادی‌ها ، مواد مغناطیسی، مواد فوتونیک و مواد بایولوژیکی می شود. مهندسی مواد یکی از رشته‌های مهندسی است که به درستی لقب مادر رشته‌های مهندسی را به خود اختصاص داده است که در کشور آلمان آن را با عنوان پزشکی مواد می شناسند.

در ادامه این گزارش با کاربردی ترین نرم افزارهای رشته مهندسی مواد آشنا می شوید.

Accelrys Materials Studio(1

یکی از بهترین نرم افزار های شبیه سازی و مدل سازی است. Accelrys Materials Studio یک محیط مدل سازی و شبیه سازی کامل است که به محققان علوم و شیمی مواد اجازه می دهد تا روابط ساختاری اتمی و مولکولی یک ماده و خواص و رفتار آن را پیش بینی و تحلیل کنند. با استفاده از Accelrys Materials Studio محققان در بسیاری از صنایع مهندسی مواد بهتری را در قسمت های مختلف از جمله داروها، کاتالیزورها، پلیمرها و کامپوزیتها، فلزات و آلیاژها، باتریها و سلولهای سوختی و سایر موارد مهندسی می کنند که دانشمندان و تیمهای تحقیقاتی مواد را قادر می سازد مواد جدید با کارایی بهتر و مقرون به صرفه تر نسبت به آزمایش های تک نفره تولید کنند و وظایف مدل سازی تکراری و یا خسته کننده را با ایجاد پروتکل های مدل سازی و شبیه سازی قابل استفاده مجدد تنظیم کنند و دانش و روش های تخصصی را به اشتراک بگذارند تا علوم محاسباتی در مرزهای سازمانی و جغرافیایی با یکدیگر سازگارتر شوند. Accelrys Materials Studio شامل یک محیط گرافیکی است که در آن محققان می توانند مدل های مولکولی، مواد کریستالی، سطوح، پلیمرها و ساختارهای بینابینی را ساخته و دستکاری و مشاهده کنند. محیط گرافیکی Material Studio Visualizer توسط مجموعه کاملی از روشها و راه حل ها شامل کوانتوم،اتم،مدل آماری و غیره… که محققان را قادر به ارزیابی مواد در اندازه های مختلف و مقیاس های زمانی مختلف می کنند تکمیل میکند و همچنین شامل ابزارهایی برای ارزیابی ساختار کریستال ها و رشد کریستال ها میباشد که کمک به کنترل سختاری کریستا ها میکند. Accelrys Materials Studio با پلت فرم متن باز خود و مقیاس پذیری آگاهانه و علمی به وسیله  شرکت BIOVIA یکپارچه شده است و این ویژگی باعث شده است که این برنامه به عنوان یک برنامه با ارزش در مدل سازی و شبیه سازی مواد شناخته شود تا بتواند عملیات مدل سازی را به راحتی برای شما انجام دهد.

SingleCrystal(2

روند استفاده از نرم افزارها در علوم و رشته های متفاوت به منظور کاستن از دشواری اموری مانند تجسم مسائل، شبیه سازی های گوناگون، انجام محاسبات دقیق و جلوگیری از وقوع خطا، روز به روز در حال افزایش است و علم شیمی نیز در این بین مستثنی نبوده است. می توان گفت شناخت و درک ساختارهای ماده ای و مولکولی در علم شیمی از مهمترین مواردی است که تمامی کسانی که با این علم سروکار دارند باید توجه خاصی به آن داشته باشند و اهمیت این امر باعث شده تا استفاده از نرم افزارهای شبیه ساز به منظور درک بهتر این ساختارها امروزه در لابراتورهای شیمی و مراکز تحقیقاتی به یک امر ضروری تبدیل شود . ساده ترین راه برای تجسم و درک خواص و ساختار کریستال است. این برنامه به صورت بسیار ظریف طراحی شده است تا قادر به درک بدون ابهام ساختارها به صورت کاملاً بصری ویژوال دنیای شبکه های کریستالی و انکسار (Diffraction) ذرات باشید. SingleCrystal می تواند اشعه ایکس، نوترون و الگوهای تجزیه ساختار الکترون را از بلورهای مجزا شبیه سازی کند و همچنین قادر به نشان دادن بخش های شبکه های متقابل (Reciprocal Lattice) و پیش بینی های Stereographic می باشد. Substance Alchemist یک ابزار و نرم افزار نسل بعدی اختصاصی برای ایجاد ، شناسایی و مدیریت متریال است ، در این نرم افزار تکنولوژی های مختلف و روش های ایجاد متریال از جمله procedural-based , capture-based , AI-based گنجانده شده است که به شما کمک می کند مدیریت کتابخانه های متریال و خروجی گرفتن از آنها برای نرم افزار های دیگر به سادگی قابل انجام باشد .
این نرم افزار Substance Alchemist طراحان را قادر می سازد تا هرآنچه که در ذهن خود درباره متریال و تکسچرهای مختلف دارند رو بصورت کامل در معرض نمایش قرار داده و حتی با ذخیره این تصاویر گرافیکی در فرمت های محبوب بتوانند از آنها در نرم افزارهای گرافیکی دیگر نیز استفاده نمایند.

RT(3

نرم افزاری است که بوسیله آن می توان کارهای احتمالاتی و یا قابلیت اعتماد انجام داد. مثلا فرض کنید یک قاب بتنی داشته باشیم و بخواهیم تاثیر ابعاد و درصد آرماتورها در اعضای مختلف را تعیین کنیم.در این صورت می توانیم پارامترهای مورد نظر را به صورت متغیر تصادفی به برنامه RT داد و این برنامه از طریق لینک با SAP که در داخل آن این امکان وجود دارد ، برای تعداد زیادی مقدار ورودی این کار را انجام دهد و در نهایت میران حساسیت هر یک از پارامترها را تعیین نماید.
در این نرم افزار توزیع های مختلی مانند نرمال،گامبل،بتا،نمایی،لاگ نرمال ، رایلی و …وجود دارد که می توان برای برازش به یک سری داده از آن ها استفاده نمود.
همچنین در این برنامه امکان رگرسیون خطی وجود دارد. این برنامه ترکیب های ریاضی مختلف از یک سری ورودی را می تواند مورد بررسی قرار دهد و در نهایت مشخص کند که خروجی با چه عبارت هایی رابطه خطی دارد.
مثلا اگر مقدار جابه جایی، طول و سختی خمشی به برنامه وارد شود برنامه می تواند مقدار ضرایب رگرسیون خطی را برای هر کدام و ضریب تغییرات آن ها را تعیین کند.انجام شبیه سازی مونت کارلو ، آنالیز FORM ، آنالیز FOSM و… از دیگر قابلیت های برنامه است. با انجام این آنالیز ها می توان مشخص کرد برای یک تابع حالت حدی از یک سری متغیر تصادفی به ازای چه مقداری از آن ها کمترین احتمال شکست وجود دارد.

SOLIDCast(4

نرم افزار SOLIDCast Casting Simulation محبوب ترین سیستم مدل سازی جامد سازی مبتنی بر رایانه است که در صنعت ریخته گری استفاده می شود. SOLIDCast پس از تجزیه و تحلیل و تمرکز بر روی مسائل و مشکلات زمان واقعی هنگام طراحی و ساخت کست های جامد ، توسعه می یابد. بر خلاف سایر مهندسین نرم افزار که از سوابق تحصیلی می آیند ، مهندسین نرم افزار که این نرم افزار Casting Simulation را تولید می کنند ، تجربه واقعی در کارخانجات و صنعت ریخته گری را دارند. آنها از سال 1985 از تجربه خود برای بهبود نرم افزار SOLIDCast Casting Simulation و خانواده محصولات SOLIDCast استفاده می کنند. تجربه ترکیبی آنها در مهندسی نرم افزار و ریخته گری ، SOLIDCast را به عملی ترین نرم افزار برای صنعت ریخته گری تبدیل کرده است.

نرم افزار شبیه سازی ریخته گری SOLIDCast مزایایی برای صنعت ریخته گری ارائه می دهد ، در میان بسیاری دیگر از مزایای کمی که در زیر ذکر شده است:

•  تغییرات حرارتی ناشی از انتقال حرارت در فرآیند جامد ریخته گری را می توان با استفاده از نرم افزار SOLIDCast Casting Simulation مدل سازی کرد.

•  با کمک SOLIDCast ، کاربر می تواند فرایند استحکام یک بازیگر خاص روی صفحه رایانه خود را تجسم کند.

•  مناطق مشکل و نقایص احتمالی که ممکن است در طول فرآیند ریخته گری رخ دهد را می توان به کمک نرم افزار SOLIDCast Casting Simulation خروجی های بصری دید.

•  در صورت استفاده از نرم افزار SOLIDCast Casting Simulation ، می توان مرحله ریخته گری را کوتاه کرد و زمان سرب را به حداقل رساند.

Honeywell Predict(5

Honeywell Predictبه کاربران کمک می کند تا خوردگی و فرسایش در فولاد کربن را در محیط های CO2 و H2S پیش بینی و کنترل کنند. این پژوهش بر روی تحقیقات خوردگی Honeywell برای به دست آوردن اثرات عوامل کلیدی محیطی و عملیاتی بر میزان خوردگی متمرکز است. نظارت و کنترل خوردگی مؤثر، کاربران را قادر می سازد تا عمر دارایی ها را به حداقل برسانند، زیان های تولید را کاهش دهند و قوانین را رعایت کنند. امروزه بسیاری از شرکت های نرم افزاری با توجه به نیاز کاربران در زمینه های مختلف مهندسی کنترل و خوردگی و نیاز به ابزارهای گوناگون به منظور مهندسی کنترل و خوردگی در سیستم ها، اقدام به تولید مجموعه های نرم افزاری می نمایند که در آن ها ابزارهای مختلفی در آن گردآوری شده اند و کاربران در این نرم افزارها در واقع با یک دسترسی به منوها و کاربری های مختلف در زمینه مهندسی کنترل و خوردگی برای سیستم های خود سر و کار دارند. چنین ابزارهایی را معمولا شرکت های تولید کننده نرم افزارها در غالب نام های مختلفی ارائه می کنند.  Honeywell Predict یک نرم افزار در گروه مهندسی کنترل و خوردگی است که امروزه جزو مطرح ترین و پرطرفدارترین گروه های نرم افزار است. این نرم افزار به کمک رابط گرافیکی بسیار مناسب خود ، تجربه کار بسیار لذت بخشی را برای شما به ارمغان می آورد. نرم افزار Honeywell Predict به دلیل سازگاری بالا و منو گرافیکی خوب خود جزو نرم افزار های کارآمد مهندسی کنترل و خوردگی است. از ویژگی های مهم نرم افزار Honeywell Predict می توان به سادگی کار، دسترسی آسان و کنترل کاربری بسیار قوی، سازگاری با تمامی سامانه های سخت افزاری، حجم بسیار کمتر و مناسب تر نسبت به دیگر نرم افزار های مشابه و راهنمای قویی است.

ویژگی های نرم افزار Honeywell Predict :

•    سادگی کار با نرم افزار
•    محیط بسیار قویی
•    پیش‌بینی نرخ کلی خوردگی و خوردگی سر خط برای فولاد کربنی
•    پیش‌بینی نرخ رفتگی و فرسایش برای فولاد کربنی و پنج آلیاژ مقاوم به خوردگی
•    محاسبه احتمال وجود یا پیش آمدن خوردگی حفره‌ای (Pitting)
•    در نظر گرفتن تأثیر رفتار فاز آب، آنالیز شیمیایی آب، مقیاس‌پذیری، جریان چندفازی
•    ابزار بسیار قویی مهندسی کنترل و خوردگی
•    نرم افزار کاربردی مهندسی کنترل و خوردگی
•    انجام مهندسی کنترل و خوردگی با در کمترین زمان

Periodic Table 2020 Pro(6

تمامی اشیائی که در اطراف ما وجود دارند و از آن ها استفاده می کنیم از عناصر مختلفی ایجاد شده اند که هر کدام از ان ها دارای خواص خاص خود می باشند؛ تمامی این عناصر در علم شیمی توسط یک جدول دسته بندی می شوند که به این جدول، جدول تناوبی گفته می شود. در جدول تناوبی تمامی عناصر بر اساس عدد اتمی، آرایش الکترونی و ویژگی های شیمیایی در ردیف و ستون خاصی قرار دارند و با مراجعه به آن ها در این جدول می توانیم به اطلاعاتی خاص دست پیدا نماییم. جدول تناوبی همانند هر چیز دیگری تحت تاثیر تکنولوژی قرار گرفته و امروزه هر کسی می تواند به راحتی به نسخه دیجیتالی آن دسترسی داشته باشد! Periodic Table 2020 Pro عنوان یک جدول تناوبی پر امکانات و کامل عناصر می باشد که توسط August Software توسعه و در گوگل پلی منتشر شده است. تنها کافیست این استارت اپ را نصب کنید و به یکی از کامل ترین جدول های تناوبی 2019 دسترسی داشته باشید. از جمله پر طرفدار ترین امکانات موجود در این نرم افزار می توان به اطلاعات کامل در ارتباط با هر عنصر اشاره کرد ؛ به گونه ای که تنها کافیست عناصر دلخواه تان را لمس کنید و به تمامی اطلاعات آن دسترسی داشته باشید. بر خلاف بسیاری از دیگر اپ های مشابه تیم توسعه دهنده سعی بر این داشته است تا تصویری همراه هر عنصر به نمایش بگذارد تا بتوانید مطالب را بسیار آسان تر در ذهن خود ثبت کنید.

برخی از امکانات و قابلیت های برنامه Periodic Table 2020 Pro اندروید :

•    دسترسی داشتن به یک جدول کامل و بی عیب و نقص
•    نمایش اطلاعاتی خاص و فوق العاده کامل تنها با لمس نام عنصر ها
•    لینک ویکی پدیا برای کسب اطلاعات بیشتر همراه با توضیحات نمایش داده شده
•    تصاویری خاص برای اکثر عنصر های موجود در جدول تناوبی
•    توانایی جست و جو برای یافتن عنصر های دلخواهتان
•    مرتب سازی تمامی عناصر بر اساس 10 حالت مختلف

OriginPro(7

نرم‌افزاری کلیدی در ضمینه آنالیز داده و نگارش باکیفیت آن به صورت نموداری است که درخور نیازهای دانشمندان و مهندسان می‌باشد. OriginLab این نرم‌افزار را به عنوان نرم‌افزاری پیشرو در صنعت برای رسم نمودارهای علمی و تجزیه و تحلیل اطلاعات منتشرکرده است. OriginPro رابطی بسیار ساده به افراد مبتدی، و همچنین قابلیت سفارشی سازی داده‌ها و نمودارها با استفاده از تم‌ها، قالب‌ها، گزارش‌های سفارشی، پردازش دسته‌ها و برنامه نویسی به کاربران پیشرفته ارائه می‌دهد. OriginPro شامل بیش از صد ویژگی و نکته برای بهبود عملکرد نسبت به نسخه قبل خود می‌باشد. پیشرفت کلیدی آن در اضافه شدن قسمت‌هایی برای سهولت در استفاده از آن مانند منوی جمع شونده، جستجو آسان در میان رشته‌های فایل پروژه، نمایش تصویر کوچکی از گراف در گوشه صفحه و نمایش راهنمای استفاده از ابزار و یا نمایش پنجره توضیحات در صفحه انجام پروژه، انتخاب کلیات یا جزئیات از فهرست مطالب پروژه، طراحی دوباره نمودار حول موضوع مبحث، بهبود نحوه شرح نمودار به وسیله پشتیبانی از نمودار مقیاس حبابی. دیگر مزایا شامل اضافه شدن گراف‌های جدید مثل نقشه گرمایی، طرح دوبعدی ظرفیت هسته، رسم دسته‌ای به صورت سه‌بعدی، انجام دسته‌بندی تعیین شده توسط کاربر از داده‌های قطعی برای نمودارها و آنالیزها، ارائه ابزاری مناسب برای توزیع، اندازه‌ گیری مکرر آنالیز واریانس با داده‌های نامتوازن و یک پارچگی با زبان برنامه‌نویسی Python.

امکانات و ویژگی‌های نرم‌افزار OriginPro :

•     با استفاده از بیش از صد نوع نمودار، Origin ساخت و سفارشی سازی گراف‌های با کیفیت، متناسب با نیازهای شما را آسان می‌سازد.
•    Origin دارای ابزارهای قدرتمندی برای نیازهای محاسباتی، شامل برازش منحنی، آمار، آنالیزکننده نقاط اوج و پردازش سیگنال می‌باشد.
•    برای کارآمدتر شدن داده‌ها Origin Pro از بسیاری از فرمت‌های رایج پشتیبانی می‌کند.
•    Origin دو زبان برنامه نویسی Origin C که زبانی براساس C میباشد و همچنین زبان برنامه نویسی دیگری به نام LabTalk را شامل می‌شود.
•    ابزار آنالیز نقاط اوج در OriginPro ظرفیت بیشتری را برای یافتن و برازش نقاط متعدد در هنگام کار برای شما فراهم می‌کند.
•    OriginPro میتواند نقاط سه‌بعدی داده‌ها را بر روی سطوح مختصات XوYوZ بنشاند و سطوح و نقاط میتوانند باهم نمایش داده شوند.

OMNIC(8

نرم افزار OMNIC توانایی جمع آوری، تجسم، پردازش و آنالیز داده های آزمایشگاهی نظیر TGA-IR، GC-IR، SPR، FT-IR و مطالعات سینتیکی رامان را دارا می باشد. این نرم افزار قابلیت تعین مساحت و ارتفاع پیک ها، نمایش دو بعدی و سه بعدی پیک ها، قرار دادن چند طیف روی هم و … را دارا می باشد.

Key to Steel(9

نرم افزار کلید فولاد یک بانک اطلاعاتی بزرگ از فولادها و چدنها است که در آن اطلاعات بر اساس نوع و کاربرد این مواد طبقه بندی شده است. فولادها را با شکل خاصی نامگذاری می کنند. کشورهای مختلف، سیستم های نامگذاری مختلفی دارند.این نامگذاری نشان دهنده type, grade و یا class فولاد می باشد و به وسیله یک عدد، حرف، نماد، اسم و یا ترکیب مناسبی از آن ها انجام می شود.Type, grade و class برای طبقه بندی فولاد به کار می روند. با استفاده از کلید فولاد می توان به مشخصاتی از قبیل خواص فیزیکی و مکانیکی، ترکیب شمیایی، فولادهای مشابه، عملیات حرارتی و … برای هر فولاد دسترسی پیدا کرد. مشخصات فولادها و چدن ها در این نرم افزار بر اساس تمامی استاندارد های معتبر دنیا آورده شده است و به راحتی می توان استانداردهای معتبر فولادها و چدن ها را مورد مقایسه و مطالعه قرار داد.

Image J(10

یک نرم افزار قدرتمند آنالیز تصویر لایه باز بوده که با توسعه صدها پلاگین و ماکرو، قدرت و  کاربرد وسیعی در علوم مختلف پیدا کرده است. از این نرم افزار نیز برای آنالیز عکس های میکروسکپی در مهندسی مواد با توان بالایی می توان بهره جست. در متالوگرافی، سراموگرافی تحلیل عکس های میکروسکپ الکترونی می توان درصدفازها، تعداد ذرات، اندازه ذرات، ندول کانت و اینگونه موارد که بر پایه محاسبه پیکسلی تصویر به نتیجه می رسد را محاسبه کرد.

از کاربردهای Image J در مهندسی مواد می توان به موارد ذیل اشاره کرد :

•     برسی نحوه توزیع ذرات تشکیل دهنده در کامپوزیت ها
•     بررسی میزان نشکن شدن چدن
•    اندازه گیری گرافیت در چدن
•    بررسی کاربیدها در فولاد
•    محاسبه درصد فازها در آلیاژها
•    بررسی میزان سگرگیشن
•    بهبود کیفیت عکس های متالو گرافی

HSC Chemistry(11

HSC Chemistryنام یک نرم افزار تخصصی از شرکت Outotec می باشد که برای شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی و محاسبات ترمودینامیکی و فرآوری مواد معدنی مورد استفاده قرار می گیرد. این نرم افزار می تواند به سادگی و به سرعت فرآیندها را توسعه، طراحی، و دیجیتال‌سازی کند و میزان بازده، سودمندی، و اثرات زیست محیطی به جا مانده را تخمین بزند. HSC یکی از بهترین نرم افزارها برای ترکیب فرآیندهای شیمیایی، ترمودینامیکی، و پردازش مواد معدنی است که کاربردهای بسیاری در مهندسی مواد، شیمی، و مهندسی معدن دارد. نرم افزار HSC Chemistry می تواند محاسبات ترموشیمی را در زمان توسعه یک فرآیند شیمیایی جدید انجام دهد و به کمک مدلسازی و شبیه سازی دقیق، فرآیندها را بهبود ببخشد. این نرم افزار همچنین حاوی ماژول های متعدد برای فرآوری مواد معدنی و محاسبات ذره ای است که با یک دیتابیس گسترده یکپارچه می شود تا پردازش های شما را ساده تر کند. برخی از این ماژول ها شامل شبیه سازی فرآیند Sim، معادله واکنش ها، موازنه جرم و انرژی، محاسبه تعادل شیمیایی و افت حرارت، نمودارها و تخمین H S Cp، محاسبه محلول های آبی و غیره می باشد.

امکانات و ویژگی های نرم افزار HSC Chemistry :

•    شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی
•    محاسبات ترمودینامیکی و فرآوری مواد معدنی
•    توسعه، طراحی، و دیجیتال‌سازی انواع فرآیندها
•    تخمین میزان بازده، سودمندی، و اثرات زیست محیطی به جا مانده
•    انجام محاسبات ترموشیمی در زمان توسعه یک فرآیند شیمیایی
•    حاوی 29 ماژول محاسباتی
•    اتصال به دیتابیس مواد
•    محاسبه معادله ها، موازنه، نمایش نمودارها، و تخمین نتایج

گزارش از شکوفه راشدی