基于 labVIEW的材料力學實驗模擬系統(tǒng)研究含開題報告及文獻綜述、任務書

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利用圖文并茂的實驗預備知識，極為豐富的實驗相關資料，操作十分靈活的實驗交互過程，以及及時方便的實驗操作指導，使實驗者在計算機上快速準確地完成相關的材料力學實驗過程。在不限時間、不限地點的實驗環(huán)境下進行力學實驗，這極大地發(fā)揮了學生的主觀能動性。通過網(wǎng)上的數(shù)據(jù)庫等平臺獲取大量實驗知識，也便于學生的理解操作，提高了學習效率[4]。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 在這個技術發(fā)展日新月異的年代，利用計算機和網(wǎng)絡等技術進行傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造已是大勢所趨。虛擬儀器技術正是計算機技術及網(wǎng)絡通信技術與傳統(tǒng)儀器技術融合的產(chǎn)物。虛擬儀器中 labVIEW 是最具代表性的圖形化編程開發(fā)平臺[5]。labVIEW 是 NI 公司推出的具有革命性的圖形化虛擬儀器設計平臺，它內(nèi)置了信號的采集、測量、分析與顯示數(shù)據(jù)的功能，一些軟件開發(fā)工具的傳統(tǒng)的復雜操作被摒棄了，在提供強大測控功能的同時，還保持系統(tǒng)的靈活性，讓使用者可以無縫地集成一套完整的應用方案。 labVIEW 軟件為使用者提供了所需的工具來專注于需要解決的問題，同時提供了新的功能來簡化開發(fā)。使用通道連線這一個數(shù)據(jù)通信的新功能，只需通過一條連線即可在 循環(huán)之間傳輸數(shù)據(jù)，無需使用隊列。最新的 labVIEW 增加了對五種附加工具的支持，在開發(fā)和調(diào)試應用時利用操作系統(tǒng)的所有內(nèi)存。與 Linux 和 Eclipse 等開源平臺更高的集成度，可以針對不同的任務使用正確的工具。 虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展。它可以取代測量技術傳統(tǒng)領域的各類儀器。虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術性能方面具有靈活性與經(jīng)濟性，因而特別適應于當代科學技術迅速發(fā)展和科學研究不斷深化所提出的更高更新的測量課題和測量需求?！皼]有測量就沒有鑒別，科學技術就不能前進”。虛擬儀器將會在科學技術的各個領域得到廣泛應用。 李偉，陳孟詩等人研究的實驗系統(tǒng)針對本科生材料力學實驗的要求，將矩形截面鋼梁、疊合梁的彎曲變形，材料的拉伸變形，薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)變形，彎扭組合變形，壓桿穩(wěn)定，邊界條件對壓桿影響等多種實驗裝置合為一體，實驗臺采用組合式杠桿系統(tǒng)傳遞載荷, 對各分項裝置分別使用螺旋手動加載[6]。各裝置間無需轉(zhuǎn)換相對獨立, 通過更換不同的試件, 擴展其實驗功能, 操作使用方便。實驗系統(tǒng)中載荷、位移和應變的信號經(jīng)多通道測試系統(tǒng), 采集放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換, 由計算機處理顯示。由材料力學多功能實驗臺上的載荷傳感器和應變片獲取數(shù)據(jù)經(jīng)由多通道測量儀傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C由 RS232 通信傳輸?shù)?PC 機端軟件中。具有實驗設備小巧，操作方便，極大地簡化了十分繁瑣的實驗準備工作和實驗過程中試件的安裝工作。 付昌云，孫僮等人研究的材料實驗機不僅滿足了社會主流的實驗機以拉伸、壓縮實驗為主并且可以進行拉力，扭轉(zhuǎn)，沖擊實驗的需求[7]。并且解決了隨著新材料不斷運用到工程實際中，主要完成的是低碳鋼和鑄鐵的軸向拉伸和壓縮實驗的實驗機已無法滿足工程需求的問題。可以分別對彎曲部件和彎扭組合部件的材料及尺寸進行確定，并確定極限載荷。利用 UG 對實驗臺進行改在主要設計了鋼板的拉伸、彎曲、彎扭試件，并進行了強度計算，獲得了試件的極限載荷。在配備了相應的應力應變儀后，可以獲得彈性模量 E 和泊松比m、進行彎曲應力公式、獲取彎扭部件的應力。使實驗臺可以完成材料彈性模量 E 和泊松比m的測量、橫力彎曲和純彎曲下應變的測量，彎扭組合變形下的應變的測量功能。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 用 labVIEW 對材料力學實驗臺進行模擬仿真設計. 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）軟件模塊 軟件模塊主要是labVIEW 組成的。labVIEW 是一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于C 和BASIC 開發(fā)環(huán)境，但 labVIEW 與其它計算機語言的顯著區(qū)別是：其它計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而 labVIEW 使用圖形化編程語言 G 語言編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。像 C 或 BASIC 一樣，labVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個可完成任何編程任務的龐大的函數(shù)庫。本次實驗模擬中用到的軟件模塊包括五部分：實驗模擬模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、實驗報告打印模塊、有限元仿真模塊、視頻嵌入模塊[8]。 1) 實驗模擬模塊 實驗模擬模塊是實驗中最重要的部分，是一個虛擬系統(tǒng)可以代替實際力學實驗臺的基礎，可以是使用者在不接觸實驗臺的情況下，仍能對實驗有深刻認識的重要保證，它可以對以下三項實驗進行模擬： 1.拉伸實驗。 2.彈性模量 E 及泊松比m的測定。 3.梁的純彎曲正應力的測定。 2) 數(shù)據(jù)存儲模塊 將實驗數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果存儲在虛擬儀器的系統(tǒng)中，在進行實驗時進行調(diào)用，用于輸出實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理模塊處理。 3) 數(shù)據(jù)處理模塊 對數(shù)據(jù)存儲模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)進行處理，包括使用公式對一些必要數(shù)據(jù)的計算，以及應用一些數(shù)據(jù)生成曲線圖或表格。 4) 實驗報告打印模塊 對實驗的總體過程生成一份書面的實驗報告，包括將實驗存儲模塊內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理模塊處理好的數(shù)據(jù)以及實驗目的、實驗設備、實驗原理、實驗步驟等一系列元素，便于老師檢查實驗和學生課后更加系統(tǒng)的學習。 5) 有限元仿真模塊 對于拉伸實驗來說，實驗現(xiàn)象是非常明顯的，便于實驗者輕易地觀察到，但是對于彈性模量 E 及泊松比m的測定和梁的純彎曲正應力的測定這兩個實驗來說，實驗現(xiàn)象十分微小，不利于觀察，因此利用有限元仿真，對實驗過程及實驗現(xiàn)象進行仿真，將試件產(chǎn)生的變化放大，有利于觀察[9]。 6) 視頻嵌入模塊 將實驗過程的完整視頻存入 labVIEW 中，展示在人機交互界面。當實驗者點擊開 始實驗后就進行播放。其中包括拉伸實驗實驗臺的工作視頻，一般為 rmvb 或 avi 文件。以及對彈性模量 E 及泊松比m的測定和梁的純彎曲正應力的測定兩個實驗的有限元仿真視頻，一般為 flash 文件。 （2）實驗內(nèi)容 實驗內(nèi)容包括以下幾個方面： 1）實驗目的：實驗的目的是說明該實驗在材料力學教學中的意義，主要為明確學習者在使用該系統(tǒng)學習時的學習目的，它的表達使用文字： 2）實驗設備：實驗設備中包括了當前實驗中所有會被用到的實驗設備，通過本模塊，使用者可以熟悉所有設備的控制面板，基本功能和相應的操作； 3）實驗原理：實驗原理詳細介紹了每個實驗的基本原理，實驗裝置的示意圖和相關的計算公式，同時以文字和圖片來展示，通過使用實驗原理部分，可以將實驗的總體過程大致掌握； 4）實驗步驟：實驗步驟是使用者在了解實驗原理后對原理進行補充，可以使用者更加簡單的使用本實驗模擬系統(tǒng)，并能加快學習者的學習速度，是一份總體操作的指導書[10]。 3.本論文（設計）預期取得的成果 了解拉材料力學實驗的原理以及重要性,能用 labVIEW 進行材料力學實驗系統(tǒng)的模擬，使實驗者在計算機上快速準確地完成相關的材料力學實驗過程[11]。在不限時間、不限地點的實驗環(huán)境下進行力學實驗，盡可能地發(fā)揮學生的主觀能動性。通過網(wǎng)上的數(shù)據(jù)等平臺獲取實驗知識，便于學生的理解操作，提高學習效率[12]。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)） （1）labivew 編程技術 labVIEW 是虛擬儀器開發(fā)工具，其外觀和操作均模仿現(xiàn)實儀器，因此實驗系統(tǒng)模擬通過 labVIEW 的圖形化編程進行對實際力學實驗臺的仿真。labVIEW 又稱虛擬儀器，即 VI，其編程界面包括前面板和程序框圖兩個部分。 1.前面板：前面板是圖形用戶界面，該界面是用來模擬真實力學實驗臺的操作界面，由輸入控件和顯示控件組成，它們是 VI 的輸入/輸出端口。輸入控件指旋鈕按鈕轉(zhuǎn)盤等模擬儀器的輸入裝置，為 VI 程序的程序框圖提供數(shù)據(jù)。顯示控件是指圖標、指示燈等模擬儀器的輸出顯示裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。 2.程序框圖：每個前面板都有一個程序框圖與之對應。程序框圖是源代碼的集合它是定義 VI 功能的圖形化源代碼。程序框圖由節(jié)點、端口和數(shù)據(jù)連線等組成，在框圖中對VI 編程就是對輸入信息進行運算處理，最后在前面板上把結(jié)果顯示給用戶。 （2）實驗內(nèi)容指導界面 通過文件 I/O 操作，創(chuàng)建一個文件用于存放實驗指導內(nèi)容，給出存儲路徑，這時 labVIEW 將返回一個引用句柄]。使用文件 I/O 函數(shù)對已經(jīng)打開的文件進行，釋放寫入操作。關閉文件后引用句柄將被釋放。通過這種方式，就將實驗指導內(nèi)容寫入 labVIEW。 （3）實驗視頻嵌入 labVIEW 可以實現(xiàn)和 flash，media player 等控件一樣的播放視頻。主要利用的是 labVIEW 的控件工具“Active container”，可以通過自定義控件來實現(xiàn)視頻的播放，然后通過對這些類的“屬性”，“方法”，“屬性節(jié)點”，“調(diào)用節(jié)點”， 以及“事件結(jié)構(gòu)”來實現(xiàn)播放存儲在計算機中常見格式視頻文件[13]。 （4）有限元仿真 根據(jù)單元的材料性質(zhì)、形狀、尺寸、節(jié)點數(shù)目、位置及其含義等，找出單元節(jié)點力和節(jié)點位移的關系式，這是單元分析中的關鍵一步。此時需要應用彈性力學中的幾何方程和物理方程來建立力和位移的方程式，從而導出單元剛度矩陣，這是有限元法的基本步驟之一。 （5）實驗數(shù)據(jù)的讀取 labVIEW 可以讀寫文本文件、數(shù)據(jù)報表文件、二進制文件和測試文件。實驗數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換成表格數(shù)據(jù)進行保存,數(shù)據(jù)的保存分為兩個階段[14]。第一階段，通過表單形式顯示在主程序界面，方便用戶直觀查看測試參數(shù)是否已滿足要求。第二階段，把表單數(shù)據(jù)保存到 Excel 文件中，可供用戶打印查詢。如果數(shù)據(jù)不需直觀顯示在主程序界面上，也可保存到 TXT 文件中[14] 。 （6）實驗數(shù)據(jù)的處理 1）拉伸實驗 1.屈服極限的計算 屈服階段，若載荷是恒定的，則此時的應力成為屈服強度ss 。上屈服強度則是ssu 試樣發(fā)生屈服首次下降前的最高應力，下屈服強度ssi 則是屈服期間不計初始瞬時效應時的最小應力。屈服強度按式ss = Ps / s0 計算，上屈服強度按式ssu = Psu / s0 計算， 下屈服強度按式ssi = Psi / s0 計算。 2.強度極限的計算 最大拉力值與原始橫截面值之比稱為抗拉強度sb ，sb = Fb / s0 。 3.斷后伸長率計算 試樣拉斷后， 標距內(nèi)的伸長與原始標距的百分比稱為斷后伸長率d ， d= (L1 - L0 ) / L0 ′100% 。 4.斷面收縮率的計算 斷面收縮率Y 是試樣拉斷后，原始橫截面積 s0 與頸縮處最小橫截面積 s1 之差與原始橫截面積的百分率： Y = (s0 - s1 ) / s1 ′100% 。 2）彈性模量 E 及泊松比m的測定 n 計算每一個電阻應變片各遍讀數(shù)的算術平均值： D = ? Dei / n 。 1 Dey Dex 再 將 正 反 兩 面 縱 向 片 橫 向 片 的 算 術 平 均 值 分 別 取 平 均 值 后 ， 代 入 式 E = DP / Bt Dex 和式m= / 計算 E 和m。 3） 梁純彎曲段正應力的計算 n 計算每個測試點應變的算術平均值Dei = ? De/ n 。 j =1 按Ds(i ) = EDe(i ) 式計算實驗值； 按Ds(i ) = DFaY / 2I z 式計算理論值； 以理論值為準計算實驗值的百分誤差d=（s理 -s實）/s理 ′100%[15]。 （7）實驗報告的生成 報表是以打印格式顯示數(shù)據(jù)的一種有效方式，它根據(jù)用戶需求重新組織數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)，并按特定的格式顯示或者打印。這里采用 Excel 實現(xiàn)自動報表功能，而本 Excel 身就是一個巨大的二維表格, 非常適合記錄大量有規(guī)律的數(shù)據(jù)。利用 labVIEW 的報表生成子 VI, 分兩步動態(tài)實現(xiàn) Excel 報表生成。首先初始化報表, 包括寫入標題、說明、表格每項數(shù)據(jù)的意義等，然后把處理完的數(shù)據(jù)一次寫入 Excel[16]。 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：查閱文獻，了解畢業(yè)設計題目的研究意義 第 2 周：查閱文獻，了解畢業(yè)設計題中相關內(nèi)容的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 第 3 周：閱讀文獻，掌握畢業(yè)設計的研究內(nèi)容及技術路線 第 4 周：撰寫畢業(yè)設計開題報告，準備開題報告答辯 第 5 周：了解材料力學實驗的原理步驟數(shù)據(jù)分析及結(jié)論第 6 周：掌握 labVIEW 編程技術 第 7 周：掌握 labVIEW 編程技術及簡單有限元分析 第 8 周：完成實驗模擬仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)框架及功能模塊的搭建第 9 周：完成拉伸實驗的 labVIEW 仿真，中期檢查 第 10 周：完成彈性模量及泊松比實驗的 labVIEW 仿真第 11 周：完成純彎曲實驗的 labVIEW 仿真 第 12 周：撰寫畢業(yè)設計論文 第 13 周：撰寫畢業(yè)設計論文 第 14 周：撰寫畢業(yè)設計論文 第 15 周：完成畢業(yè)設計論文修改及答辯 ppt第 16 周：論文答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1]、韓錫斌, 胡超, 程建鋼. 《材料力學》多媒體仿真教學實驗系統(tǒng)[J]. 力學與實踐, 2002, 24(6):68-71. 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[13]、程建鋼, 朱志輝, 張國平,等. 基于 Web 的《材料力學》仿真教學實驗系統(tǒng)[C] // 全球華人計算機教育應用大會. 2003. [14]、王紅杰. 材料力學性能檢測虛擬實驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 南京航空航天大學, 2005. [15]、王琳. 虛擬實驗在材料力學實驗中的應用 Virtual Experiments in Mechani cal Experiments 云南民族大學學報:自然科學版,2012,21(4):309-312[J]. 云南民族大學學報:自然科學版, 2012, 21(4). [16] 、 Xue Zhenniu,Fuan Wen,Yanlian Sun.Reseach and design on virtual experiment system integration based on web service.Open journal of social sciences,2014,2,74-80. 附：文獻綜述或報告 系統(tǒng)主模塊 實驗一 實驗二 實驗三 實驗目的 試樣 實驗模擬 實驗原理 結(jié)果處理 文獻綜述 基于 labVIEW 的材料力學實驗模擬系統(tǒng)研究 摘要：材料力學模擬仿真技術在未來有很好的發(fā)展前景。而與labVIEW結(jié)合后在以后的教學實驗中會充分應用電子技術與計算機技術，使學生直接應用計算機完成包括數(shù)據(jù)處理的全部實驗過程。 關鍵詞：labVIEW,材料力學實驗系統(tǒng)模擬,測試系統(tǒng)前言 材料力學實驗模擬系統(tǒng)用戶可以根據(jù)自己的需要靈活的定義儀器功能，通過不同 功能模塊的組合可構(gòu)成多種實驗儀器，不受限于教材內(nèi)容，有助于老師的教學和學生的課后自主練習提高[1]。模擬系統(tǒng)將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制的過程[2]。這種對關鍵部分的轉(zhuǎn)移進一步的方便了老師的講解和同學的理解。由于虛擬儀器的關鍵在于軟件，避免了硬件局限性大的影響，極大地節(jié)省了校園教學空間和同學們的等待時間，使老師的指導更加靈活[3]。本系統(tǒng)利用計算機強大的圖形用戶界面（GUI）,可用計算機直接讀數(shù)[4]。根據(jù)工程的實際需要，使用人員可以通過軟件編程或采用現(xiàn)有分析軟件，實時、直接的對實驗數(shù)據(jù)進行各種分析與處理。虛擬儀器模擬系統(tǒng)價格低，而且其基于軟件的體系結(jié)構(gòu)還大大節(jié)省了研發(fā)時間[5]。 1.模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)將三個實驗架構(gòu)在系統(tǒng)主模塊上，具有理論指導功能，使用者可以使用該系統(tǒng)學習實驗，比教科書更加簡單易懂。并且可以對實驗進行模擬演示，有助于教師講解和學生學習。在此基礎上，實驗結(jié)束后，該系統(tǒng)會自動處理實驗數(shù)據(jù)、生成曲線圖和圖表，并自動打印實驗報告。模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖見圖 1。 圖 1. 模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 2.實驗操作 使用者通過模擬出來的實驗場景，對實驗環(huán)境有一個直觀的感受，是使用者雖然在使用虛擬儀器單曲有一種身臨其境的感覺。然后在實驗指導界面上學習實驗目的，使學習者能夠該實驗在力學教學中的意義，以文字的形式，讓使用者明白希望通過實驗能夠達成什么樣的目標：同樣，在指導界面上理解實驗原理，實驗原理包括了實驗的基本原理和相關公式，學習過后，可以大體上掌握實驗的基本流程。在實驗原理的基礎上，程建剛等人增加了實驗步驟，這是對實驗原理的補充[5]。老師通過編寫實驗步驟，使用圖片或文字的方式，為使用者提供了一個標準的實驗流程。實驗步驟具體到每個實驗設備個別操作，是一份總體的實驗指導書，能夠幫助使用者快速、有效的了解該實驗的操作步驟。了解過實驗步驟后，開始認識實驗設備，其中包括了當前實驗中所有將要用到的設備，使用者通過該階段了解實驗的操作面板和熟悉實驗步驟 [11]。實驗開始后，模擬系統(tǒng)開始提取數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理輸出圖標和曲線圖，并 生成實驗報告，使用者將實驗報告下載打印后交給老師并進行課后復習。周塔等人格外添加了教師端，可以對學生進行指導打分[6]。 3.labVIEW 圖形化編程特點 與傳統(tǒng)的材料力學實驗教學相比具有以下特點： 1）不需要物理上的實現(xiàn)形式：模擬系統(tǒng)通過軟件功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析及數(shù)據(jù)顯示這三個部分的物理功能。它充分利用計算機系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)處理能力，在基本硬件的支持下，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、分析和處理以及測試結(jié)果的顯示等，通過軟硬件的配合來實現(xiàn)傳統(tǒng)實驗臺的各種功能[7]； 2）在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)軟硬件資源共享：系統(tǒng)最大的特點是將計算機資源與儀器硬件、數(shù)字信號處理技術相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源。打破了以往由廠家定義儀器功能的模式，而變成了由用戶自己定義儀器功能[8]。通過編程就可以使用不同的方式進行同一實驗、學習更多實驗和自己設計實驗驗證[9]。 3）圖形化的軟件面板：本系統(tǒng)沒有普通實驗臺的控制面板，而是利用強大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺，以在計算機屏幕上建立圖形化的軟面板來代替常規(guī)實驗臺的面板，軟鍵盤上有與實際儀器相似的按鈕、開關、指示燈及其它控制部件。在操作時，學習者通過鼠標或鍵盤操作軟面板，來檢驗儀器的通信與操作 [10]。 4.模擬系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn) 1）數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是進行材料力學模擬實驗的基礎，它記錄某種材料在實驗時應力與應變的關系的所有對應數(shù)據(jù)。韓錫斌等人通過設計兩個 ActiveX 控件，使用 Visual C++和 CDaoRecordest 類編寫的，使用 ActiveX 控件的方法來實現(xiàn)對指定數(shù)據(jù)庫的訪問與控制[11]。 2）實驗指導界面 楊忠仁等人所設計的實驗指導界面最具代表性，其中包括實驗場景、實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗設備等[12]。 3）有限元仿真 吳宏等人通過 VB 封裝 ANSYS 來實現(xiàn)有限元分析，為了使學生在使用時無需了解 ANSYA 軟件，采用了完全封裝的方法設計，即只需要用戶點擊本軟件的界面選項，不需要在 ANSYS 中進行任何操作[13]。 4）實驗視頻嵌入 王琳等人使用 Flash 通過 ActionScript 語句，嵌入實驗過程視頻，并使界面有了交互功能[14]。 而王紅杰等人通過 VRML，即虛擬現(xiàn)實構(gòu)造語言，其作用就是虛擬現(xiàn)實場景，同時也是一種三維造型和渲染的圖形描述性語言。VRML 的目的主要是為了在網(wǎng)頁中實現(xiàn)三維動畫效果以及基于三維對象的用戶交互[15]。 5）數(shù)據(jù)分析 文獻 13 中利用 ANSYS 后處理模塊把應用圖和變形圖等結(jié)果報告及相關數(shù)據(jù)放入結(jié)果文件夾，在 VB 中采用 load 的方法調(diào)用這些圖片和結(jié)果報表就可以在 VB 界面中方便的查看 ANSYS 計算結(jié)果。 6)實驗報告生成 李偉等人研究的模擬系統(tǒng)中具有實驗報告自動生成的功能，通過ANSYS后處理自動生成[16]。 總結(jié) 面對當前高校招生人數(shù)的不斷擴大，當前學校的教學實驗資源已無法滿足教學 的需求，很多專業(yè)特別是理工類專業(yè)，對實驗以及實際動手能力的要求特別高，雖然當前政府部門加大了對學校的教育和科研經(jīng)費投入，可是面對眾多需要實驗的同學，學校的實驗設備無論從數(shù)量上還是從質(zhì)量上都已經(jīng)無法滿足實際需求。隨著計算機硬件及程序設計語言的發(fā)展，產(chǎn)生了虛擬儀器。開發(fā)虛擬儀器，使用虛擬儀器做實驗可以有效節(jié)約實驗經(jīng)費，也能使實驗在時間和空間上得到有效擴展。 參 考 文 獻 [1]、Yao Yonggang, Yao Bowen, Pan Zong. Virtual instrament system for teaching lab[J]. Wuhan Univercity Journal of natural sciences , 1998,3(3):319-322. [2]、龍連春, 劉海宏, 楊慶生. 材料力學概念數(shù)值模擬分析系統(tǒng)[J]. 實驗技術與管理, 2013(8):86-89. [3]、Xue Zhenniu,Fuan Wen,Yanlian Sun.Reseach and design on virtual experiment system integration based on web service.Open journal of social sciences,2014,2,74-80. [4]、付昌云, 孫僮，李志全，楊國印，李皓瑩，王相云，白洋亮. 多功能材料力學實驗臺的三維仿真設計[J]. 佳木斯大學學報, 2016,34(2):196-199. [5]、程建鋼, 朱志輝, 張國平,等. 基于 Web 的《材料力學》仿真教學實驗系統(tǒng)[C] // 全球華人計算機教育應用大會. 2003. [6]、莫曉東, 鐘根全, MoXiao-dong,等. 淺談材料力學實驗教學的改革與發(fā)展[J]. 學理論, 2009(18):217-218. [7]、Amrita Agarwal, Ramgolal Urpaluri, Anilvorma,等. labVIEW based e-learning portal for virtual mass transfer operations laboratory[J]. CSIT, 2013,1(1):75-90. [8]、韓錫斌, 胡超, 程建鋼. 《材料力學》多媒體仿真教學實驗系統(tǒng)[J]. 力學與實踐, 2002, 24(6):68-71. [9]、周振平, 吳宏, 葉海峰. 計算機模擬材料力學實驗系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 工程與實驗, 1994(5):81-83. [10]、周塔, 馬劍, 汪天寶. 材料力學虛擬實驗系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 數(shù)字技術與應用, 2016(10). [11]、李斌, 閆琴. 材料力學虛擬實驗系統(tǒng)設計[J]. 中國西部科技, 2011(12):36- 37. [12]、楊忠仁, 饒程，鄒建，彭珍蓮. 基于 labVIEW 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]. 重慶大學學報, 2004,27(2):32-35. [13]、吳宏, 關麗媛. 材料力學實驗型課件教學系統(tǒng)的研究[J]. 技術經(jīng)濟, 1997(3): 30-32. [14]、王琳. 虛擬實驗在材料力學實驗中的應用 Virtual Experiments in Mechani cal Experiments 云南民族大學學報:自然科學版,2012,21(4):309-312[J]. 云南民族大學學報:自然科學版, 2012, 21(4). [15]、王紅杰. 材料力學性能檢測虛擬實驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 南京航空航天大學, 2005. [16]、李偉, 陳孟詩，鄒遠，黃學進，李晉川，潘巍. 多功能材料力學實驗系統(tǒng)的設計[J]. 實驗科學與技術, 2006,5(1):29-32. 任務書 論文(設計)題目：基于Labview的材料力學實驗模擬系統(tǒng)研究 工作日期：2016年12月12日 ~ 2017年05月26日 1.選題依據(jù): 材料力學中設置了材料力學實驗課程，但是由于課程時間短，以及試驗條件所限，不可能一人臺儀器，必須分組進行，在有限的一節(jié)課內(nèi)不可能使每一位學生都能從頭到尾地做一次實驗；受實驗時間、場所的限制，學生只有在規(guī)定時間范圍內(nèi)到實驗室實驗。另外，實驗設備的更新遠遠跟不上教學發(fā)展的需求，一些新的實驗沒有相應的儀器去完成，使學生的實驗研究能力得不到充分的鍛煉。所以模擬實驗系統(tǒng)具有一定的研究價值。 2.論文要求(設計參數(shù)): 1、認識材料力學三大實驗的實驗流程及相關知識點 2、掌握虛擬儀器Labview的編程技術 3、掌握有限元仿真技術，實現(xiàn)對拉伸彎曲的仿真 4、完成運用Labview技術實現(xiàn)實驗驗模擬系統(tǒng)的軟件研 3.個人工作重點: 1、熟悉材料力學的三大實驗的目的，原理，過程，數(shù)據(jù)處理及出現(xiàn)的問題 2、材料力學三大實驗在實際操作過程中的不足 3、材料力學三大實驗的模擬操作系統(tǒng)的框架及功能實現(xiàn) 4、Labview的軟件編程 5、有限元的仿真技術 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：查閱文獻，了解畢業(yè)設計題目的研究意義 第2周：查閱文獻，了解畢業(yè)設計題中相關內(nèi)容的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 第3周：閱讀文獻，掌握畢業(yè)設計的研究內(nèi)容及技術路線 第4周：撰寫畢業(yè)設計開題報告，準備開題報告答辯 第5周：了解材料力學實驗的原理步驟數(shù)據(jù)分析及結(jié)論 第6周：掌握Labview編程技術 第7周：掌握Labview編程技術及簡單有限元分析 第8周：完成實驗模擬仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)框架及功能模塊的搭建 第9周：完成拉伸實驗的Labview仿真 第10周：完成彈性模量及泊松比實驗的Labview仿真第11周：完成純彎曲實驗的Labview仿真 第12周：撰寫畢業(yè)設計論文第13周：撰寫畢業(yè)設計論文第14周：撰寫畢業(yè)設計論文 第15周：完成畢業(yè)設計論文修改及答辯ppt 第16周：畢業(yè)設計答辯 5.應閱讀的基本文獻: 1、周塔, 馬劍, 汪天寶. 材料力學虛擬實驗系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 數(shù)字技術與應用, 2016(10). 2、周振平, 吳宏, 葉海峰. 計算機模擬材料力學實驗系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 工程與試驗, 1994(5):81-83. 3、韓錫斌, 胡超, 程建鋼. 《材料力學》多媒體仿真教學實驗系統(tǒng)[J]. 力學與實踐, 2002, 24(6):68-71. 4、程建鋼, 朱志輝, 張國平,等. 基于Web的《材料力學》仿真教學實驗系統(tǒng)[C]// 全球華人計算機教育應用大會. 2003. 5、吳宏, 關麗媛. 材料力學實驗型課件教學系統(tǒng)的研究[J]. 技術經(jīng)濟, 1997(3):30-32. 6、龍連春, 劉海宏, 楊慶生. 材料力學概念數(shù)值模擬分析系統(tǒng)[J]. 實驗技術與管理, 2013(8):86-89. 7、李斌, 閆琴. 材料力學虛擬實驗系統(tǒng)設計[J]. 中國西部科技, 2011(12):36-37. 8、王紅杰. 材料力學性能檢測虛擬實驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 南京航空航天大學, 2005. 9、王琳. 虛擬實驗在材料力學實驗中的應用 Virtual Experiments in Mechanical Experiments 云南民族大學學報:自然科學版,2012,21(4):309-312[J]. 云南民族大學學報:自然科學版, 2012, 21(4). 10、莫曉東, 鐘根全, MoXiao-dong,等. 淺談材料力學實驗教學的改革與發(fā)展[J]. 學理論, 2009(18):217-218. 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2016年12月08日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2016年12月08日 學院公章 進度檢查表 第 -3 周 工作進展情況 查閱了大量文獻，對畢業(yè)設計題目的研究意義進行了解，認識了解材料力學三大實驗的實驗流程及相關知識點，為畢業(yè)論文的開題報告進行基礎準備。 2016年12月29日 指導教師意見 要學會查重要的相關性強的期刊論文和學術論文。工作量較為充分，對于重點文獻要精讀。 指導教師(簽字)：XX 2017年01月05日 第 -2 周 工作進展情況 查閱文獻，了解labVIEW的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,對虛擬儀器的發(fā)展歷史及發(fā) 展前景進行全面了解。 2016年12月31日 指導教師意見 不僅僅要對labview的國內(nèi)外發(fā)展有所了解，還必須對模擬實驗平臺的研究有深刻的了解和掌握。 指導教師(簽字)：XX 2017年01月05日 第 -1 周 工作進展情況 通過閱讀查閱的文獻，掌握畢業(yè)設計的研究內(nèi)容及技術路線，對畢業(yè)設計整體完成流程有大概的了解。 2017年01月03日 指導教師意見 重點對實驗平臺的主要功能及主要模塊，對模擬實驗臺的實現(xiàn)路線需要清晰認識。 指導教師(簽字)：XX 2017年01月05日 第 0 周 工作進展情況 畢業(yè)開題，修改畢業(yè)開題中的相關問題,包括labVIEW的編程，模塊的構(gòu) 架以及一些格式問題。 2017年01月05日 指導教師意見 對于畢業(yè)開題中老師出現(xiàn)的問題進行仔細的修改。注意在開題報告中出現(xiàn)不足之處。 指導教師(簽字)：XX 2017年03月10日 第 1 周 工作進展情況 安裝labVIEW及其相關軟件，熟悉labVIEW的操作界面以及學習labVIEW編程的基本知識。 2017年03月16日 指導教師意見 對labview的發(fā)展及l(fā)abview的優(yōu)點要有所了解。并且對于labview軟件進行 詳細的學習。 指導教師(簽字)：XX 2017年03月24日 第 2 周 工作進展情況 熟悉labVIEW編程界面，了解基本操作，學習labVIEW編程，并嘗試編寫簡單語句。 2017年03月16日 指導教師意見 學習labview的步驟：第一，掌握labview的編程思想。第二，掌握labview的基本編程技術。第三，利用例程對具體的功能進行詳盡學習。 指導教師(簽字)：XX 2017年03月24日 第 3 周 工作進展情況 熟悉labVIEW編程界面，學習labVIEW程序結(jié)構(gòu)，并嘗試編寫簡單語句 。 2017年03月27日 指導教師意見 對于labview的虛擬儀器編程技術的發(fā)展及優(yōu)點有詳盡的了解。并且對于圖形化編程的編程思想及編程框架進行掌握。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月07日 第 4 周 工作進展情況 繼續(xù)學習labVIEW編程，完善虛擬儀器的設計思路，練習完成虛擬儀器編程的具體操作方法。 2017年03月27日 指導教師意見 主要結(jié)合labview的例程進行學習labview的具體編程思路及方法，對于labview的子vi的進行熟悉應用。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月07日 第 5 周 工作進展情況 正式開始Labview編程工作，收集模擬材料力學所用相關資料，并著手 搭建基本框架。 2017年04月06日 指導教師意見 對于材料力學實驗模擬系統(tǒng)的框架要進行框架設計，并且要對各個功能的實現(xiàn)方法要有具體思路。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月07日 第 6 周 工作進展情況 進行Labview編程工作，完成模擬系統(tǒng)第一個實驗的模擬。 2017年04月06日 指導教師意見 對于拉伸實驗模擬的實驗目的，實驗工具，實驗步驟，實驗視頻，實驗曲線，實驗數(shù)據(jù)處理的處理都要有詳盡的實現(xiàn)。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月07日 第 7 周 工作進展情況 進行Labview編程工作，完成模擬系統(tǒng)第二個實驗的模擬。 2017年04月26日 指導教師意見 對于彈性模量E，泊松比的實驗進行模擬時注意模擬過程中的數(shù)據(jù)分析 。。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月09日 第 8 周 工作進展情況 進行Labview編程工作，完成模擬系統(tǒng)第三個實驗的模擬。 2017年04月26日 指導教師意見 對于純彎曲實驗要詳細介紹實驗原理及實驗過程，以及數(shù)據(jù)處理。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月09日 第 9 周 工作進展情況 修改模擬系統(tǒng)，對模擬系統(tǒng)三個實驗的模擬進行調(diào)整，使其更加完善。 2017年05月17日 指導教師意見 對于工程力學實驗模擬系統(tǒng)的程序要進行軟件測試，盡量發(fā)現(xiàn)細小的 bug，進行完善修改。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月23日 第 10 周 工作進展情況 調(diào)試模擬實驗程序，總結(jié)之前的工作，進行論文的撰寫。 2017年05月17日 指導教師意見 對于論文撰寫要注意寫作格式，避免復制粘貼，注意查重率。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月23日 第 11 周 工作進展情況 繼續(xù)調(diào)整實驗模擬系統(tǒng)的程序，并且進行論文的撰寫與修改。 2017年05月17日 指導教師意見 這周必須完成工程力學實驗模擬系統(tǒng)的程序要進行軟件的測試。重點進行論文的撰寫。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月23日 第 12 周 工作進展情況 繼續(xù)進行撰寫與修改論文，熟悉論文流程，為答辯做準備。 2017年05月17日 指導教師意見 對于答辯要有充分的準備，對于ppt的制作要盡量減少文字，多用圖表 說明問題。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月23日 過程管理評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 3 遵守紀律 自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 3 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務完成 按時、圓滿完成各項工作任務 4 3 過程管理評分合計 13 過程管 理評語 該同學對于畢業(yè)設計過程中能夠在諸多文獻的基礎上主動掌握超出本科課程之外的相關理論知識，并且能夠熟練的掌握Labview編程語言。該同學在畢業(yè)設計過程中較為刻苦努力，學習 態(tài)度認真嚴謹，在老師指導過程中具有一定的主動性，能夠自覺遵守學校相關規(guī)定，主動聯(lián)系指導老師和老師溝通畢業(yè)設計中遇到的相關問題，并且在接受老師指導后能及時完成老師布置的工作任務 ，。該同學開題報告內(nèi)容較為詳實，基本符合規(guī)范要求。畢業(yè)設計過程中，進度計劃較為合理，較為及時圓滿的完成了畢業(yè)設計的工作任務。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-23 指導教師評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 指導教師評分合計 17 指導教 師評語 該論文選為基于Labview的材料力學實驗模擬系統(tǒng)研究，該選 題針對于高校實驗條件的不足，提出了一種模擬實驗系統(tǒng)的改善措施，具有一定的創(chuàng)新性，難度較難，工作量充分。通過畢業(yè)設計的鍛煉，該同學具有了較強的綜合知識及科研方法能力，Labview計 算機編程能力，文獻查閱能力，中英文翻譯表達能力。該論文文題相符，文中系統(tǒng)框架設計、功能設計較為準確，論文結(jié)構(gòu)較為清晰 ，概念準確，邏輯合理，寫作格式，圖表較為復合基本規(guī)范要求。因此，建議該同學參加畢業(yè)設計答辯。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-23 評閱人評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 9 評閱人評分合計 18 評閱人 評語 材料力學是工科院校機械類主要課程之一，其實驗課程是理論課程的重要補充，目前實驗方式基本上通過現(xiàn)場試驗完成，學生操作要求較高，前期準備工作較雜。因此利用LabVIEW軟件，虛擬材料力學實驗過程和實驗內(nèi)容十分重要和必要。故選題可有效提升學生綜合技術的應用能力，又具有很好的實用價值和創(chuàng)新性。論文利用LabVIEW平臺完成了拉伸實驗、彈性模量與泊松比的測定實驗梁的純彎曲正應力的測定實驗等三個實驗的仿真，質(zhì)量較好。這充分體現(xiàn)了該生具有較強應用綜合知識的能力，具備分析問題解決問題的能力。論文文題相符，設計實驗系統(tǒng)可行，經(jīng)完善后可應用到實驗教學中。論文結(jié)構(gòu)和格式符合基本規(guī)范要求，同意答辯。 評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：機械工程學院日期：2017-05-25 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設計)題目： 基于Labview的材料力學實驗模擬系統(tǒng)研究 答辯時間：2017年05月26日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：實驗數(shù)據(jù)來源？ 回 答： 數(shù)據(jù)來源于實際實驗的數(shù)據(jù)。問題2：曲線是否進行了插值處理？ 回 答： 曲線沒有進行差值處理，回去添加插值處理。問題3：系統(tǒng)的顯示過程中是否加入了互動性。 回 答： 目前主要是模擬顯示，下一步系統(tǒng)添加自動理論計算環(huán)節(jié)。問題4：純彎曲試驗中時間尺寸等參數(shù)是否可以選擇？ 回 答： 目前采用標準試件，是固定尺寸。問題5：論文摘要部分需要進一步的完善？ 回 答： 下一步進行補充完善。 記錄人： 2017年05月26日 答辯委員會評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 自述總結(jié) 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 10 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 9 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 9 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 10 9 答辯委員會評分合計 42 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作刻苦努力，態(tài)度認真，能夠遵守各項紀律，表現(xiàn)出色。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關各環(huán)節(jié)的工作，表現(xiàn)出較強的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析透徹，解決問題方案恰當，結(jié)論正確，并有一定的創(chuàng)新性，有較高的學術水平或?qū)嵱脙r值。 論文使用的概念正確，語言表達準確，結(jié)構(gòu)嚴謹，條理清楚，邏輯性強。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠嚴格執(zhí)行國家相關標準。 具有較強的獨立查閱文獻資料及外語應用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結(jié)論準確可靠。 答辯過程中，能簡明和正確地闡述論文（設計）的主要內(nèi)容，思路清晰 ，論點正確。回答問題準確、深入，有自己的見解，有較強的應變力及語言表達能力。 答辯成績： 42 答辯委員會主任： XX 2017年05月28日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 13 指導教師評分 17 評閱人評分 18 答辯委員會評分 42 總分 90 成績等級 A 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 審核人簽章： XX