材料力學(xué)圖形用戶界面系統(tǒng)的開發(fā)

材料力學(xué)圖形用戶界面系統(tǒng)的開發(fā)

1用戶系統(tǒng)的利用nb是基于線性代理軟件的科學(xué)計(jì)算軟件。同時(shí)，它還代表著基于數(shù)據(jù)可視化的開放開發(fā)人員。它的優(yōu)點(diǎn)是:使用簡(jiǎn)單、界面友好、結(jié)果直觀。圖形用戶界面簡(jiǎn)稱為GUI(GraphicUserInterface),是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字等圖形控制對(duì)象構(gòu)成的用戶視窗,圖形控制對(duì)象有其對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù),利用這些界面和設(shè)計(jì)的回調(diào)函數(shù),用戶可以很輕松地和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交流,完成某項(xiàng)功能。這種可見即可得的特性,尤其在圖形繪制等方面具有很好的應(yīng)用。材料力學(xué)是面向機(jī)械學(xué)院本科生開設(shè)的大面積核心課程。主要研究桿件發(fā)生拉、壓、剪、扭、彎等基本變形的強(qiáng)度、剛度和壓桿穩(wěn)定性的計(jì)算問題。該課程理論嚴(yán)密,邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容繁多,主要培養(yǎng)學(xué)生分析、表達(dá)、綜合、邏輯思維等多方面的能力。但目前受到學(xué)時(shí)及實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的限制,難以從動(dòng)手能力感性認(rèn)識(shí)方面培養(yǎng)。因此采用計(jì)算機(jī)模擬的手段是目前條件下行之有效的方法。本文把材料力學(xué)理論和計(jì)算機(jī)數(shù)值求解功能結(jié)合起來(lái),用Matlab軟件來(lái)完成傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在各種約束條件下的內(nèi)力、變形計(jì)算并繪圖展現(xiàn)出來(lái)。這對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握有很大的幫助。2邊界設(shè)計(jì)2.1彎矩的計(jì)算和計(jì)算在小變形條件下,根據(jù)力的獨(dú)立作用原理,無(wú)論載荷多么復(fù)雜,都可以將其分解為若干簡(jiǎn)單載荷。先分別計(jì)算出各簡(jiǎn)單載荷作用下梁內(nèi)的剪力和彎矩,然后將各個(gè)簡(jiǎn)單載荷作用下的剪力與彎矩相加,便可以得到復(fù)雜載荷下梁的剪力和彎矩。計(jì)算出梁各個(gè)位置的彎矩以后,可以采用梯形積分法和梁對(duì)應(yīng)的初始條件求出每個(gè)位置的轉(zhuǎn)角和彎矩。受任意載荷的簡(jiǎn)支梁如圖1所示。(1)afr1x0x1xFs1(x)=FR10≤x≤LFs1(x)=FR10≤x≤L和Μ1(x)={FR1x0≤x≤aFR1x+Μa<x≤LM1(x)={FR1xFR1x+M0≤x≤aa<x≤L式中,FR1=-Μ/LFR1=?M/L(2)fr2x的計(jì)算Fs2(x)={FR20≤x≤bFR1-Fb<x≤LFs2(x)={FR2FR1?F0≤x≤bb<x≤L和Μ2(x)={FR2x0≤x≤bFR2x-F(x-b)b<x≤L式中FR2=-F(L-b)/L(3)集中力原則Fs3(x)={FR30≤x≤cFR3-q(x-c)c<x≤dFR3-q(d-c)d<x≤L和Μ3(x)={FR3x0≤x≤cFR3x-0.5q(x-c)2c<x≤dFR3x-0.5q(x-c)2+0.5q(x-d)2d<x≤L式中FR3=q(d-c)[L-0.5(c+d)]/L對(duì)于梁的任意截面,先按照以上各式計(jì)算各個(gè)簡(jiǎn)單載荷所產(chǎn)生的剪力和彎矩后,將這些剪力和彎矩相加,便得到在集中力偶M、集中力F和均布載荷q共同作用下的剪力方程和彎矩方程為:Fs(x)=Fs1(x)+Fs2(x)+Fs3(x)Μs(x)=Μs1(x)+Μs2(x)+Μs3(x)2.2設(shè)計(jì)圖紙的邊界過程2.2.1各種功能模塊的圖像總體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)模塊和功能模塊。分別如圖2~4所示。2.2.2靜定梁的內(nèi)力分析(1)繪制內(nèi)力圖(剪力圖、彎矩圖)。直觀地尋找“危險(xiǎn)點(diǎn)”,描繪轉(zhuǎn)角圖和撓曲線,確定梁的變形情況等,這些問題都是材料力學(xué)研究的重點(diǎn),同時(shí)又是完成梁的截面尺寸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文研究6種靜定梁的內(nèi)力分析,所以引入的所有控件有:1個(gè)Pop-upmenu;4個(gè)Axes;3個(gè)PushButton;6個(gè)EditText;12個(gè)StaticText;;8個(gè)Panel。(2)控件Pop-upmenu的作用是供用戶選擇梁的類型;Axes的作用是呈現(xiàn)繪制的剪力圖、彎矩圖、轉(zhuǎn)角圖和撓度圖;PushButton的作用分別為運(yùn)行、結(jié)束和清除變量;EditText用于輸入已知條件,如分段矩陣和載荷矩陣等;StaticText用于顯示剪力、彎矩的最大值和相應(yīng)坐標(biāo);Panel使界面更加美觀。2.2.3變量輸出模塊向GUI增添可編輯文本框(EditText)以實(shí)現(xiàn)變量的輸入、輸出。繼而根據(jù)上文闡述的功能需求向GUI中添加相應(yīng)的圖形控件(見圖5)。2.2.4獲取回轉(zhuǎn)函數(shù)完成控件的布局之后,也就完成了整個(gè)圖形界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),接下來(lái)則是最為重要的功能設(shè)計(jì),即要編制菜單、控件的回調(diào)函數(shù)。若要編制某一控件的回調(diào)函數(shù),用右鍵單擊該控件,在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊viewcallbacks,然后從子菜單中選擇一種激活回調(diào)函數(shù)的方式,就可以編制回調(diào)函數(shù)了,如點(diǎn)擊callback指單擊控件時(shí)激活回調(diào)函數(shù)完成一定的功能。2.3不同陣、不同載荷矩陣(1)簡(jiǎn)支梁。如圖6、7所示。彈性模量:E=200GPa;慣性矩:I=500cm4,分段矩陣:x=[024]載荷矩陣:MPQ=[13020](2)懸臂梁。如圖8、9所示。E=200GPa,Ι=500cm4,x=ΜΡQ=[1-102021040](3)兩端外伸梁。如圖10、11所示。E=200GPa,Ι=500cm4,x=ΜΡQ=[1-800254032210]3習(xí)材料力學(xué)與matlab的關(guān)系圖形用戶界面友好,操作方便、快捷、精度高,仿真效果理想,是用人腦手算效果達(dá)不到的。運(yùn)用圖形用戶界面系統(tǒng)不僅能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)材料力學(xué)的過程中由觀看變成參與,由被動(dòng)變成主動(dòng)研究,比較荷載與內(nèi)力、變形之間的關(guān)系。不僅可使學(xué)生更好地掌握理論知識(shí),還提高