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。通過網上的數據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，利用計算機和網絡等技術進行傳統(tǒng)產業(yè)改造已是大勢所趨。虛擬儀器技術正是計算機技術及網絡通信技術與傳統(tǒng)儀器技術融合的產物。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，它內置了信號的采集、測量、分析與顯示數據的功能，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據通信的新功能，只需通過一條連線即可在 循環(huán)之間傳輸數據，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)和調試應用時利用操作系統(tǒng)的所有內存。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多通道測試系統(tǒng), 采集放大、模數轉換, 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據經由多通道測量儀傳輸到控制計算機由 RS232 通信傳輸到 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，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?？梢苑謩e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生代碼行，而 labVIEW 使用圖形化編程語言 G 語言編寫程序，產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、數據存儲模塊、數據處理模塊、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) 數據存儲模塊 將實驗數據及實驗結果存儲在虛擬儀器的系統(tǒng)中，在進行實驗時進行調用，用于輸出實驗結果和數據處理模塊處理。 3) 數據處理模塊 對數據存儲模塊傳輸過來的數據進行處理，包括使用公式對一些必要數據的計算，以及應用一些數據生成曲線圖或表格。 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的實驗數據和數據處理模塊處理好的數據以及實驗目的、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象進行仿真，將試件產生的變化放大，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）實驗內容 實驗內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。通過網上的數據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） （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盤等模擬儀器的輸入裝置，為 VI 程序的程序框圖提供數據。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據。 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、端口和數據連線等組成，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果顯示給用戶。 （2）實驗內容指導界面 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 函數對已經打開的文件進行，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，就將實驗指導內容寫入 labVIEW。 （3）實驗視頻嵌入 labVIEW 可以實現和 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視頻的播放，然后通過對這些類的“屬性”，“方法”，“屬性節(jié)點”，“調用節(jié)點”， 以及“事件結構”來實現播放存儲在計算機中常見格式視頻文件[13]。 （4）有限元仿真 根據單元的材料性質、形狀、尺寸、節(jié)點數目、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）實驗數據的讀取 labVIEW 可以讀寫文本文件、數據報表文件、二進制文件和測試文件。實驗數據需要轉換成表格數據進行保存,數據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是否已滿足要求。第二階段，把表單數據保存到 Excel 文件中，可供用戶打印查詢。如果數據不需直觀顯示在主程序界面上，也可保存到 TXT 文件中[14] 。 （6）實驗數據的處理 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據的一種有效方式，它根據用戶需求重新組織數據表中的數據，并按特定的格式顯示或者打印。這里采用 Excel 實現自動報表功能，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)律的數據。利用 labVIEW 的報表生成子 VI, 分兩步動態(tài)實現 Excel 報表生成。首先初始化報表, 包括寫入標題、說明、表格每項數據的意義等，然后把處理完的數據一次寫入 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)設計題中相關內容的國內外發(fā)展現狀 第 3 周：閱讀文獻，掌握畢業(yè)設計的研究內容及技術路線 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據分析及結論第 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. [2]、龍連春, 劉海宏, 楊慶生. 材料力學概念數值模擬分析系統(tǒng)[J]. 實驗技術與管理, 2013(8):86-89. [3]、吳宏, 關麗媛. 材料力學實驗型課件教學系統(tǒng)的研究[J]. 技術經濟, 1997 (3):30-32. [4]、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):36-3 7. [5]、楊忠仁, 饒程，鄒建，彭珍蓮. 基于 labVIEW 數據采集系統(tǒng)[J]. 重慶大學學報, 2004,27(2):32-35. [6]、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. [7]、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. [8]、周塔, 馬劍, 汪天寶. 材料力學虛擬實驗系統(tǒng)設計與實現[J]. 數字技術與應用, 2016(10). [9]、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. [10]、Amrita Agarwal, Ramgolal Urpaluri, Anilvorma,等. labVIEW based e-learning portal for virtual mass transfer operations laboratory[J]. CSIT, 2013,1(1):75-90. [11]、Yao Yonggang, Yao Bowen, Pan Zong. Virtual instrament system for teaching lab[J]. Wuhan Univercity Journal of natural sciences , 1998,3(3):319-322. [12]、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[J]. 工程與實驗, 1994(5):81-83. [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[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據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成多種實驗儀器，不受限于教材內容，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據、分析的結果和控制的過程[2]。這種對關鍵部分的轉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[4]。根據工程的實際需要，使用人員可以通過軟件編程或采用現有分析軟件，實時、直接的對實驗數據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構還大大節(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，實驗結束后，該系統(tǒng)會自動處理實驗數據、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)開始提取數據并對數據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形式：模擬系統(tǒng)通過軟件功能來實現數據采集與控制、數據處理與分析及數據顯示這三個部分的物理功能。它充分利用計算機系統(tǒng)強大的數據處理能力，在基本硬件的支持下，利用軟件完成數據的采集、控制、分析和處理以及測試結果的顯示等，通過軟硬件的配合來實現傳統(tǒng)實驗臺的各種功能[7]； 2）在系統(tǒng)內實現軟硬件資源共享：系統(tǒng)最大的特點是將計算機資源與儀器硬件、數字信號處理技術相結合，在系統(tǒng)內共享軟硬件資源。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 1）數據庫 數據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據。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 控件的方法來實現對指定數據庫的訪問與控制[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，即虛擬現實構造語言，其作用就是虛擬現實場景，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頁中實現三維動畫效果以及基于三維對象的用戶交互[15]。 5）數據分析 文獻 13 中利用 ANSYS 后處理模塊把應用圖和變形圖等結果報告及相關數據放入結果文件夾，在 VB 中采用 load 的方法調用這些圖片和結果報表就可以在 VB 界面中方便的查看 ANSYS 計算結果。 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 面對當前高校招生人數的不斷擴大，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量上還是從質量上都已經無法滿足實際需求。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[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[J]. 數字技術與應用, 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 數據采集系統(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[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.