|
Читайте также: |
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Кафедра «Вычислительные методы и
уравнения математической физики»
Оценка работы___________
Руководитель от УрФУ______________
Разработка алгоритма и компьютерной программы построения функции радиального распределения атомов при моделировании ближнего и среднего порядка в наноструктурированных материалах
Отчет
По производственной практике
Руководитель от предприятия______________к. ф.-.м..н., доцент Мельникова Н.В.
Студент _________________________ Рожин С.А.
Группа р-38091
Екатеринбург
Содержание
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования- 1
Содержание- 2
Введение- 3
Постановка задачи- 4
Постановка задачи- 4
Выбор математического пакета- 5
Обработка данных- 7
Аппроксимация различными сплайнами- 7
Сглаживание методом скользящего среднего- 9
Взвешенная локальная регрессия- 11
Фильтр Савицкого-Голея- 12
Переход к интерференционной функции. 14
Расчёт ФРРА на основе интерференционной функции- 18
Анализ результатов- 20
Выводы- 21
Список литературы и интернет ресурсов- 22
Приложение- 23
Введение
В передовых областях современной науки постоянно возникают задачи, связанные с различной обработкой данных. Одной из таких задач является задача исследования ближнего и среднего порядка в стеклообразных веществах, т.е. затвердевающих без кристаллизации.
Многие стеклообразные вещества обнаруживают весьма перспективные свойства, которые могут быть использованы в технике. Например, высокая электронная проводимость (порядка 10–3 Ом–1 см–1) халькогенидных стекол, кроме того, на их свойства слабо влияют примеси. Эффекты переключения и памяти позволяют получить быстродействующие переключатели и матрицы памяти. Стеклообразные халькогениды металлов, в частности, серебра и меди, сочетают интересные оптические и сегнетоэлектрические свойства, обладают ионной проводимостью, что позволяет использовать их в качестве материалов для твердотельных батарей, электрохимических сенсоров, фоторезисторов, оптических волновых датчиков, элементов оптической памяти, голографических и других оптических и нелинейных оптических элементов. Выяснение влияния структуры стекол на их свойства является актуальной проблемой. Знание структурных особенностей дает возможность создавать аморфные материалы с заранее заданными свойствами, функционирующими в химически агрессивных средах и менее чувствительными к примесям, чем их кристаллические аналоги.
Для начала вкратце опишем, что такое ближний порядок в аморфных веществах. Твердые аморфные и жидкие вещества по своему строению представляют собой неупорядоченные системы, в которых отсутствует дальний порядок и трехмерная периодичность. Однако в них существует ближний порядок, при котором расположение атомов вокруг любого из атомов системы можно охарактеризовать функцией радиального распределения атомов φ(r). Эта функция, имеющая статистический характер, обозначает вероятность встречи с атомом того или иного сорта, находящимся на расстоянии r от отсчетного. Функция φ(r) сферически-симметрична, с ее помощью можно найти величины расстояний r, но не их направление; φ(r) имеет несколько максимумов, по большей части два-три, которые соответствуют первым, вторым, третьим ближайшим соседям. Максимумы функции φ(r) размыты, что свидетельствует о некотором наборе расстояний r около наиболее вероятного расстояния, отвечающего этой функции. При некотором r = rmax функция φ(r) максимумов уже не имеет. Параметрами, характеризующими ближний порядок, являются величины ближайших расстояний — первых, вторых, третьих, определяющих координационные сферы, — и число атомов вокруг атома, выбранного за начальный, в первой, второй, третьей координационных сферах, т.е. координационное число (КЧ). В любой точке аморфного или жидкого вещества этот порядок сохраняется на протяжении до десяти или немного больше ангстрем от отсчетного атома. За этими расстояниями все другие расстояния равновероятны и распределение атомов определяется средней атомной плотностью, иными словами, числом атомов в единице объема. Проводя Фурье-анализ кривой экспериментальной интенсивности одним из методов дифракции — рентгенографическим, электронографическим, нейтронографическим, можно найти функцию φ(r) без каких-либо предварительных предположений о строении вещества. Выявление ближнего порядка и является целью исследования структуры аморфных и жидких веществ.
Целью практической работы является разработка алгоритма и компьютерной программы построения функции радиального распределения атомов при моделировании ближнего и среднего порядка в наноструктурированных материалах, анализ полученных результатов при построении искомой функции.
Постановка задачи
В данной практической работе основной задачей является создание программы, реализующей методы обработки экспериментальных дифрактограмм, записанных в текстовых файлах. К программе предъявляются следующие требования:
1) Наличие дружественного графического интерфейса
2) Реализация необходимой точности обработки
3)Возможность импорта и экспорта данных
4)Переносимость разработанного алгоритма на различные пакеты обработки и языки программирования
5) Возможность доработки и модификации с учётом изменяющихся требований, связанных с изменением физической модели.
Данный набор требований может быть выполнен двумя способами: написанием самостоятельной программы либо использованием готового пакета обработки данных. Оба способа имеют существенные преимущества и недостатки.
Преимуществами первого способа является отсутствие проблем с приобретением лицензированием программы, простота запуска и использования отдельной программы. Однако имеется ряд недостатков, по причине которых выбор был сделан в пользу математического пакета. Так, это и необходимость в создании отдельной версии приложения для каждой платформы, и трудоёмкость внесения изменений в программу. Преимуществами второго способа является то, что множество необходимых алгоритмов и задач, которые необходимо решать в процессе работы, уже реализованы с высоким уровнем точности в математических пакетах.
Таким образом, в ходе производственной практики необходимо выбрать необходимый математический пакет, разработать алгоритм и программу, реализующие известные методы обработки дифрактограмм и отвечающую всем требованиям, предъявленным выше.
Выбор математического пакета
Выбор программного пакета для реализации необходимых вычислений следует начать с определения списка требований, предъявляемых к нему.
1)Наличие программируемого графического интерфейса
2)Поддержка импорта данных из текстовых файлов.
3)Набор средств для математической обработки данных.
4)Популярность пакета.
5)Доступность пакета.
Рассмотрим несколько наиболее известных математических пакетов.
Пакет MatLab представляет собой современное программное средство для матричных вычислений. Пакет развивался, ориентируясь на различных потребителей. В настоящее время – это продукт высокого качества, включающий в себя вычисления, визуализацию и программирование в удобном виде, где задачи и их решения выражаются в форме, близкой к математической.
MatLab представляет собой стандартный инструмент для работы в различных областях математики и других наук. В промышленности MatLab – это инструмент для исследований, разработки и анализа данных.
Система MatLab состоит из пяти основных частей.
Кроме названных основных частей, в MatLab имеется дополнение Simulink, представляющее собой сопутствующую программу, которая является интерактивной системой для моделирования нелинейных динамических систем. Она представляет среду, управляемую мышью, которая позволяет моделировать процесс путем перетаскивания блоков диаграмм на экране и их манипуляцией. Simulink работает с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.
Дата добавления: 2015-07-08; просмотров: 247 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Хламида | | | Пакет Mathematica |