开放式网上材料力学虚拟实验室软件简介

适用专业:机械工程、力学、材料与土木等专业。

材料力学课程是机械、材料、土木等专业的一门主干专业基础课,其理论性和实践性都很强,它的实验教学是材料力学课程教学中的一个重要实践环节。目前,现实中的材料力学实验存在以下局限性:

1.硬件依存性较强,只能在特定实验室进行;

2.实验设备外形较大,实验室难以摆放足够数量的设备,无法满足学生独立进行实验的需求;

3.实验设备昂贵,操作不当极易造成设备损坏;

4.实验器材损耗大,如试样拉伸断裂后无法再使用,浪费现象严重;

随着招生规模的逐年扩大,教学改革的不断深入,材料力学实验的教学任务越来越重,仪器设备台套数和实验教师数量相对不足等问题愈加突出。为了以最少的经费投入解决以上问题,并进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量,特定制开发开放式网上材料力学虚拟实验室软件。

使用现有器材模型,课程可开展如下10个常用材料力学虚拟实验的训练:

•     拉伸虚拟实验

•     压缩虚拟实验

•     扭转虚拟实验

•     弯曲与扭转组合变形虚拟实验

•     冲击演示虚拟实验

• ​​​​​​​    梁弯曲正应力虚拟实验

• ​​​​​​​    弹性模量虚拟实验

• ​​​​​​​    压杆稳定虚拟实验

• ​​​​​​​    弹性模量和泊松比测定实验

• ​​​​​​​    ​​​​​​​金属材料的疲劳虚拟实验

(1)拉伸虚拟实验

本虚拟仿真系统提供铝合金、铸铁、低碳钢等多种试样的选择,并提供力—位移,力—变形等数十种测试。后台建立了丰富的实验数据库,使得实验可以很灵活,实验曲线和数据结果可以保证学生实验数据和报告不会千篇一律,更具个性化!

本虚拟实验室软件基于Socket通讯技术,可灵活调用word编辑器,并可将测试数据、云图、曲线等实验结果自动反馈到word版实验报告中,学生可将自动生成的实验报告保存至电脑、打印成纸质版或者上传给老师,真正实现输入有输出的完整实验教学流程;

图一 拉伸虚拟实验场景效果图 

图二 用游标卡尺测量试样直径

图三 加载试样

图四 安装引伸仪

图五 拉伸实验测试结果

图六 实验结束生成实验报告

图七 生成的实验报告

(2)压缩虚拟实验

本虚拟实验通过虚拟仿真技术搭建压缩实验实验场景及压缩试验机,并模拟完整的压缩实验操作流程。实验提供铸铁、低碳钢两种试样可供选择,并提供对应的实验曲线及实验结果。实验结束后可生成实验报告,将虚拟实验中得到的测量数据、实验结果等自动反馈到实验报告中。

图八 压缩实验过程

图九 观察并记录实验结果

(3)扭转虚拟实验

本虚拟实验通过虚拟仿真技术搭建扭转实验实验场景及扭转试验机,主要提供以下的操作流程:在试样三个不同的位置垂直测量直径、检查扭转机端面是否水平、用扳手固定试样、测试过程,实验提供铸铁、低碳钢两种试样可供选择,并提供对应的实验曲线及实验结果,并将实验的结果最终保存到实验报告中。

图十 扭转虚拟实验场景效果图

图十一 实验开始前设置软件参数

图十二 实验测试结果

图十三 生成实验报告

(4)弯曲与扭转组合虚拟实验

本虚拟实验通过虚拟仿真技术搭建扭转实验实验场景及扭转试验机,并模拟完整的扭转实验操作流程。实验提供铸铁、低碳钢两种试样可供选择,并提供对应的实验曲线及实验结果。学生在电脑上就可以完成实验,本实验提供不同加载力下压杆的应变值,学生可记录实验读书,绘制实验曲线,并将测试结果与理论计算结果进行比较,加深对本实验的掌握。

图十四 弯曲与扭转组合实验   

图十五 记录实验数据

(5)冲击虚拟实验
本虚拟实验通过虚拟仿真技术搭建冲击实验实验场景及冲击试验机,并模拟开机前仪器检查、冲击实验的完整操作流程。实验提供低碳钢、中碳钢两种试样可供选择,并提供不同试样高温、室温、低温不同的处理及冲击功等数据。

图十六 冲击演示虚拟实验场景效果图

图十七 记录实验数据,填写冲击功

(6)梁弯曲正应力虚拟实验

本虚拟仿真实验通过使用3D MAX、Maya等专业软件进行三维建模、场景渲染等,搭建出梁弯曲正应力虚拟实验场景,及应变仪、加载架等的三维模型,具有很高的仿真度。通过Unity虚拟仿真技术,模拟出完整的实验操作流程,学生可在互联网上完成梁弯曲正应力实验,并将实验结果记录到实验报告中。

图十八 梁的宽度和高度

图十九 记录实验数据

(7)弹性模量虚拟实验

本虚拟仿真实验通过使用3D MAX、Maya等专业软件进行三维建模、场景渲染等,搭建出弹性模量虚拟实验场景,及配套使用的实验仪器和试样,具有很高的仿真度。通过Unity虚拟仿真技术,模拟出完整的实验操作流程,学生可在互联网上完成弹性模量实验,并在电脑软件上观察实验结果,填写实验数据。

图二十 弹性模量与泊松比虚拟实验场景效果图

图二十一 观察测量结果

(8)压杆稳定虚拟实验

本虚拟实验采用三维建模技术搭建出压杆稳定实验场景,用户可通过鼠标键盘交互操作,控制角色的行走,并可操作实验仪器。学生在电脑上就可以完成实验,本实验提供不同加载力下压杆的应变值,学生可记录实验读书,绘制实验曲线,并将测试结果与理论计算结果进行比较,加深对本实验的掌握。 

图二十二 压杆稳定虚拟实验场景效果图

图二十三 记录测量结果

(9)弹性模量和泊松比测定实验

本虚拟仿真实验通过虚拟仿真技术搭建了弹性模量与泊松比测定实验场景,还原了多功能实验装置、静态电阻应变仪等实验设备,具有很高的仿真度。用电测法测量低碳钢的弹性模量E和泊松比 ,通过Unity虚拟仿真技术,模拟出完整的实验操作流程,学生可在互联网上完成弹性模量和泊松比测定实验,并在电脑软件上观察实验结果,填写实验数据。 

图二十四 打开多功能实验装置和静态电阻应变仪

图二十五 输入修正系数

图二十六 记录实验数据

(10)金属材料的疲劳虚拟实验
本虚拟实验提供金属材料的疲劳拉伸实验的完整操作流程,包括测量试样直径,选择位移模式,开启油源系统,安装试样,夹紧试样,设置平均载荷大小、幅值大小、频率大小,选择sine波形,设置载荷检测窗口上下限和载荷检测参数,观察测试曲线,设置报警和位移参数为disabled,再次选择位移控制模式重置,关闭油源系统,观察断裂试样断口形貌。

图二十七 测量试件尺寸

图二十八 设置实验参数

图二十九 安装试样

图三十 观察实验结果

系统服务器端用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色,不同角色拥有不同权限。

• ​​​​​​​    学生:选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语。

• ​​​​​​​    教师:典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、系统指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。 

• ​​​​​​​    教务管理员:课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。 

•     系统管理员:用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。

性能指标

支持同时在线用户数1万人以上,经测试,系统运行稳定,不限终端用户数,完全能满足日常教学使用。

服务器运行环境

操作系统:Windows Server ,Linux/Unix Server

Web服务器:Tomcat6.0,JDK6.0

数据库:MySQL

客户端运行环境

操作系统: All Windows系列

相关信息:

研制单位:北京邮电大学 北京润尼尔网络科技有限公司

通讯地址:北京市海淀区北三环中路44号院文教产业园1号楼  邮政编码:100876

TEL:400-888-3467  010-59508493

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E-mail:support@rainier.net.cn