材料力学图形用户界面系统的开发

材料力学图形用户界面系统的开发

1用户系统的利用nb是基于线性代理软件的科学计算软件。同时，它还代表着基于数据可视化的开放开发人员。它的优点是:使用简单、界面友好、结果直观。图形用户界面简称为GUI(GraphicUserInterface),是由窗口、光标、按键、菜单、文字等图形控制对象构成的用户视窗,图形控制对象有其对应的回调函数,利用这些界面和设计的回调函数,用户可以很轻松地和计算机之间进行信息交流,完成某项功能。这种可见即可得的特性,尤其在图形绘制等方面具有很好的应用。材料力学是面向机械学院本科生开设的大面积核心课程。主要研究杆件发生拉、压、剪、扭、弯等基本变形的强度、刚度和压杆稳定性的计算问题。该课程理论严密,逻辑性强、内容繁多,主要培养学生分析、表达、综合、逻辑思维等多方面的能力。但目前受到学时及实验经费的限制,难以从动手能力感性认识方面培养。因此采用计算机模拟的手段是目前条件下行之有效的方法。本文把材料力学理论和计算机数值求解功能结合起来,用Matlab软件来完成传统结构在各种约束条件下的内力、变形计算并绘图展现出来。这对于提高学生学习的积极性、加强对所学知识的理解和掌握有很大的帮助。2边界设计2.1弯矩的计算和计算在小变形条件下,根据力的独立作用原理,无论载荷多么复杂,都可以将其分解为若干简单载荷。先分别计算出各简单载荷作用下梁内的剪力和弯矩,然后将各个简单载荷作用下的剪力与弯矩相加,便可以得到复杂载荷下梁的剪力和弯矩。计算出梁各个位置的弯矩以后,可以采用梯形积分法和梁对应的初始条件求出每个位置的转角和弯矩。受任意载荷的简支梁如图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的计算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)集中力原则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对于梁的任意截面,先按照以上各式计算各个简单载荷所产生的剪力和弯矩后,将这些剪力和弯矩相加,便得到在集中力偶M、集中力F和均布载荷q共同作用下的剪力方程和弯矩方程为:Fs(x)=Fs1(x)+Fs2(x)+Fs3(x)Μs(x)=Μs1(x)+Μs2(x)+Μs3(x)2.2设计图纸的边界过程2.2.1各种功能模块的图像总体结构、结构模块和功能模块。分别如图2~4所示。2.2.2静定梁的内力分析(1)绘制内力图(剪力图、弯矩图)。直观地寻找“危险点”,描绘转角图和挠曲线,确定梁的变形情况等,这些问题都是材料力学研究的重点,同时又是完成梁的截面尺寸设计和强度校核的关键环节。本文研究6种静定梁的内力分析,所以引入的所有控件有:1个Pop-upmenu;4个Axes;3个PushButton;6个EditText;12个StaticText;;8个Panel。(2)控件Pop-upmenu的作用是供用户选择梁的类型;Axes的作用是呈现绘制的剪力图、弯矩图、转角图和挠度图;PushButton的作用分别为运行、结束和清除变量;EditText用于输入已知条件,如分段矩阵和载荷矩阵等;StaticText用于显示剪力、弯矩的最大值和相应坐标;Panel使界面更加美观。2.2.3变量输出模块向GUI增添可编辑文本框(EditText)以实现变量的输入、输出。继而根据上文阐述的功能需求向GUI中添加相应的图形控件(见图5)。2.2.4获取回转函数完成控件的布局之后,也就完成了整个图形界面的结构设计,接下来则是最为重要的功能设计,即要编制菜单、控件的回调函数。若要编制某一控件的回调函数,用右键单击该控件,在弹出的对话框中点击viewcallbacks,然后从子菜单中选择一种激活回调函数的方式,就可以编制回调函数了,如点击callback指单击控件时激活回调函数完成一定的功能。2.3不同阵、不同载荷矩阵(1)简支梁。如图6、7所示。弹性模量:E=200GPa;惯性矩:I=500cm4,分段矩阵:x=[024]载荷矩阵:MPQ=[13020](2)悬臂梁。如图8、9所示。E=200GPa,Ι=500cm4,x=ΜΡQ=[1-102021040](3)两端外伸梁。如图10、11所示。E=200GPa,Ι=500cm4,x=ΜΡQ=[1-800254032210]3习材料力学与matlab的关系图形用户界面友好,操作方便、快捷、精度高,仿真效果理想,是用人脑手算效果达不到的。运用图形用户界面系统不仅能让学生在学习材料力学的过程中由观看变成参与,由被动变成主动研究,比较荷载与内力、变形之间的关系。不仅可使学生更好地掌握理论知识,还提高