開放式網上材料力學虛擬實驗室軟件簡介

適用專業：機械工程、力學、材料與土木等專業。

材料力學課程是機械、材料、土木等專業的一門主干專業基礎課，其理論性和實踐性都很強，它的實驗教學是材料力學課程教學中的一個重要實踐環節。目前，現實中的材料力學實驗存在以下局限性：

1.硬件依存性較強，只能在特定實驗室進行；

2.實驗設備外形較大，實驗室難以擺放足夠數量的設備，無法滿足學生獨立進行實驗的需求；

3.實驗設備昂貴，操作不當極易造成設備損壞；

4.實驗器材損耗大，如試樣拉伸斷裂后無法再使用，浪費現象嚴重；

隨著招生規模的逐年擴大，教學改革的不斷深入，材料力學實驗的教學任務越來越重，儀器設備臺套數和實驗教師數量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經費投入解決以上問題，并進一步激發學生的學習興趣、增強實驗效果、提高實驗教學質量，特定制開發開放式網上材料力學虛擬實驗室軟件。

使用現有器材模型，課程可開展如下10個常用材料力學虛擬實驗的訓練：

•     拉伸虛擬實驗

•     壓縮虛擬實驗

•     扭轉虛擬實驗

•     彎曲與扭轉組合變形虛擬實驗

•     沖擊演示虛擬實驗

•     梁彎曲正應力虛擬實驗

•     彈性模量虛擬實驗

• ???????    壓桿穩定虛擬實驗

• ???????    彈性模量和泊松比測定實驗

• ???????    ???????金屬材料的疲勞虛擬實驗

（1）拉伸虛擬實驗

本虛擬仿真系統提供鋁合金、鑄鐵、低碳鋼等多種試樣的選擇，并提供力—位移，力—變形等數十種測試。后臺建立了豐富的實驗數據庫，使得實驗可以很靈活，實驗曲線和數據結果可以保證學生實驗數據和報告不會千篇一律，更具個性化！

本虛擬實驗室軟件基于Socket通訊技術，可靈活調用word編輯器，并可將測試數據、云圖、曲線等實驗結果自動反饋到word版實驗報告中，學生可將自動生成的實驗報告保存至電腦、打印成紙質版或者上傳給老師，真正實現輸入有輸出的完整實驗教學流程；

圖一 拉伸虛擬實驗場景效果圖 

圖二 用游標卡尺測量試樣直徑

圖三 加載試樣

圖四 安裝引伸儀

圖五 拉伸實驗測試結果

圖六 實驗結束生成實驗報告

圖七 生成的實驗報告

（2）壓縮虛擬實驗

本虛擬實驗通過虛擬仿真技術搭建壓縮實驗實驗場景及壓縮試驗機，并模擬完整的壓縮實驗操作流程。實驗提供鑄鐵、低碳鋼兩種試樣可供選擇，并提供對應的實驗曲線及實驗結果。實驗結束后可生成實驗報告，將虛擬實驗中得到的測量數據、實驗結果等自動反饋到實驗報告中。

圖八 壓縮實驗過程

圖九 觀察并記錄實驗結果

（3）扭轉虛擬實驗

本虛擬實驗通過虛擬仿真技術搭建扭轉實驗實驗場景及扭轉試驗機，主要提供以下的操作流程：在試樣三個不同的位置垂直測量直徑、檢查扭轉機端面是否水平、用扳手固定試樣、測試過程，實驗提供鑄鐵、低碳鋼兩種試樣可供選擇，并提供對應的實驗曲線及實驗結果，并將實驗的結果最終保存到實驗報告中。

圖十 扭轉虛擬實驗場景效果圖

圖十一 實驗開始前設置軟件參數

圖十二 實驗測試結果

圖十三 生成實驗報告

（4）彎曲與扭轉組合虛擬實驗

本虛擬實驗通過虛擬仿真技術搭建扭轉實驗實驗場景及扭轉試驗機，并模擬完整的扭轉實驗操作流程。實驗提供鑄鐵、低碳鋼兩種試樣可供選擇，并提供對應的實驗曲線及實驗結果。學生在電腦上就可以完成實驗，本實驗提供不同加載力下壓桿的應變值，學生可記錄實驗讀書，繪制實驗曲線，并將測試結果與理論計算結果進行比較，加深對本實驗的掌握。

圖十四 彎曲與扭轉組合實驗   

圖十五 記錄實驗數據

（5）沖擊虛擬實驗
本虛擬實驗通過虛擬仿真技術搭建沖擊實驗實驗場景及沖擊試驗機，并模擬開機前儀器檢查、沖擊實驗的完整操作流程。實驗提供低碳鋼、中碳鋼兩種試樣可供選擇，并提供不同試樣高溫、室溫、低溫不同的處理及沖擊功等數據。

圖十六 沖擊演示虛擬實驗場景效果圖

圖十七 記錄實驗數據，填寫沖擊功

（6）梁彎曲正應力虛擬實驗

本虛擬仿真實驗通過使用3D MAX、Maya等專業軟件進行三維建模、場景渲染等，搭建出梁彎曲正應力虛擬實驗場景，及應變儀、加載架等的三維模型，具有很高的仿真度。通過Unity虛擬仿真技術，模擬出完整的實驗操作流程，學生可在互聯網上完成梁彎曲正應力實驗，并將實驗結果記錄到實驗報告中。

圖十八 梁的寬度和高度

圖十九 記錄實驗數據

（7）彈性模量虛擬實驗

本虛擬仿真實驗通過使用3D MAX、Maya等專業軟件進行三維建模、場景渲染等，搭建出彈性模量虛擬實驗場景，及配套使用的實驗儀器和試樣，具有很高的仿真度。通過Unity虛擬仿真技術，模擬出完整的實驗操作流程，學生可在互聯網上完成彈性模量實驗，并在電腦軟件上觀察實驗結果，填寫實驗數據。

圖二十 彈性模量與泊松比虛擬實驗場景效果圖

圖二十一 觀察測量結果

（8）壓桿穩定虛擬實驗

本虛擬實驗采用三維建模技術搭建出壓桿穩定實驗場景，用戶可通過鼠標鍵盤交互操作，控制角色的行走，并可操作實驗儀器。學生在電腦上就可以完成實驗，本實驗提供不同加載力下壓桿的應變值，學生可記錄實驗讀書，繪制實驗曲線，并將測試結果與理論計算結果進行比較，加深對本實驗的掌握。 

圖二十二 壓桿穩定虛擬實驗場景效果圖

圖二十三 記錄測量結果

（9）彈性模量和泊松比測定實驗

本虛擬仿真實驗通過虛擬仿真技術搭建了彈性模量與泊松比測定實驗場景，還原了多功能實驗裝置、靜態電阻應變儀等實驗設備，具有很高的仿真度。用電測法測量低碳鋼的彈性模量E和泊松比 ，通過Unity虛擬仿真技術，模擬出完整的實驗操作流程，學生可在互聯網上完成彈性模量和泊松比測定實驗，并在電腦軟件上觀察實驗結果，填寫實驗數據。 

圖二十四 打開多功能實驗裝置和靜態電阻應變儀

圖二十五 輸入修正系數

圖二十六 記錄實驗數據

（10）金屬材料的疲勞虛擬實驗
本虛擬實驗提供金屬材料的疲勞拉伸實驗的完整操作流程，包括測量試樣直徑，選擇位移模式，開啟油源系統，安裝試樣，夾緊試樣，設置平均載荷大小、幅值大小、頻率大小，選擇sine波形，設置載荷檢測窗口上下限和載荷檢測參數，觀察測試曲線，設置報警和位移參數為disabled，再次選擇位移控制模式重置，關閉油源系統，觀察斷裂試樣斷口形貌。

圖二十七 測量試件尺寸

圖二十八 設置實驗參數

圖二十九 安裝試樣

圖三十 觀察實驗結果

系統服務器端用戶分為學生、教師、教務管理員和系統管理員四種角色，不同角色擁有不同權限。

• ???????    學生：選課、選擇實驗、開展實驗、接受實驗指導、在線提交實驗報告、保存和提交實驗結果、查詢實驗成績和批語。

• ???????    教師：典型實驗庫維護、發布實驗、安排實驗、批改實驗報告、系統指導、統計并發布學生的實驗成績和批語。 

• ???????    教務管理員：課程計劃、開課計劃、選課日期設置、開課審核、開課查詢。 

•     系統管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權限管理、系統維護等。

性能指標

支持同時在線用戶數1萬人以上，經測試，系統運行穩定，不限終端用戶數，完全能滿足日常教學使用。

服務器運行環境

操作系統：Windows Server ，Linux/Unix Server

Web服務器：Tomcat6.0，JDK6.0

數據庫：MySQL

客戶端運行環境

操作系統： All Windows系列

相關信息：

研制單位：北京潤尼爾網絡科技有限公司

通訊地址：北京市海淀區北三環中路44號院文教產業園1號樓  郵政編碼：100876

TEL：400-888-3467  010-59508493

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