開(kāi)放式網(wǎng)上理論力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件簡(jiǎn)介
適用專業(yè)：機(jī)械工程、力學(xué)、材料與土木等專業(yè)。
理論力學(xué)課程是機(jī)械、材料、土木等專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，它的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論力學(xué)課程教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。目前，現(xiàn)實(shí)中的理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)存在以下局限性：
1．硬件依存性較強(qiáng)，只能在特定實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行；
2．實(shí)驗(yàn)室難以擺放足夠數(shù)量的設(shè)備，無(wú)法滿足學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求；
隨著招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大，教學(xué)改革的不斷深入，理論力學(xué)實(shí)作為力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是理論教學(xué)的重要組成部分面對(duì)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地有限等窘境，開(kāi)展新型教學(xué)模式，利用理論力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)迫在眉睫。
該軟件是針對(duì)大學(xué)?？?、本科《理論力學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程配套開(kāi)發(fā)的可在網(wǎng)上開(kāi)展的虛擬實(shí)驗(yàn)，該軟件在使用過(guò)程中有如下優(yōu)勢(shì)：
1．系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理功能，包括：典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)安排、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)批改、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)答疑等功能模塊?？蓾M足高等學(xué)校和各類培訓(xùn)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的需要，尤其適用于遠(yuǎn)程教學(xué)；
2．使用3DMAX、Maya等專業(yè)軟件進(jìn)行三維建模、動(dòng)畫(huà)制作、場(chǎng)景渲染等，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
使用現(xiàn)有器材模型，系統(tǒng)可開(kāi)展如下11個(gè)常用理論力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練：
• 摩擦力實(shí)驗(yàn)；
• 剛體碰撞實(shí)驗(yàn)；
• 單擺實(shí)驗(yàn)；
• 四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)；
• 簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)；
• 質(zhì)心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)
• 自由振動(dòng)實(shí)驗(yàn)
• 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)
• 剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度和動(dòng)反力實(shí)驗(yàn)
• 哥式慣性力實(shí)驗(yàn)
• 離心慣性力演示實(shí)驗(yàn)
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圖一理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)室界面
（1）單擺虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供鋼球和乒乓球兩種材質(zhì)小球開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，固定小球單擺范圍θ<5°，取小球擺動(dòng)周期多次，減小系統(tǒng)誤差，達(dá)到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)靈活處理，通過(guò)周期公式反解出重力加速度，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比兩種材質(zhì)小球?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象，得出空氣浮力對(duì)測(cè)重力加速度的影響，從而得出測(cè)重力加速度的影響因素。
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圖二測(cè)量小球直徑
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圖三單擺范圍
（2）簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)模態(tài)虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了四個(gè)模塊，實(shí)驗(yàn)過(guò)程按照結(jié)構(gòu)、采樣、分析和動(dòng)畫(huà)的順序來(lái)進(jìn)行，其中結(jié)構(gòu)對(duì)簡(jiǎn)支梁進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)劃分，采樣確定實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)位置和測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)，點(diǎn)擊觸發(fā)采樣之后，采樣數(shù)據(jù)在電腦屏幕中實(shí)時(shí)跟蹤顯示，軟件會(huì)對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析、振型編輯，而動(dòng)畫(huà)則顯示了簡(jiǎn)支梁的一階陣型圖、二階陣型圖、三階陣型圖和四階陣型圖，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)無(wú)異。
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圖四簡(jiǎn)支梁觸發(fā)試樣
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圖五觸發(fā)試樣圖像
（3）摩擦力虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了兩種參數(shù)的測(cè)量選擇，同時(shí)提供五種材質(zhì)的功能選擇，學(xué)者實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以隨機(jī)選擇測(cè)量參數(shù)，動(dòng)摩擦因數(shù)或靜摩擦因數(shù)。測(cè)定靜摩擦因數(shù)時(shí)，通過(guò)逐漸增加斜面傾角，測(cè)得滑塊將滑未滑時(shí)的摩擦角，其正切值即為靜摩擦因數(shù)，這能夠使學(xué)者清楚的了解摩擦角的含義并很好的區(qū)分靜摩擦與滑動(dòng)摩擦的區(qū)別。測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，實(shí)驗(yàn)中才用光電門和數(shù)字顯示器，當(dāng)帶有遮光條的滑塊通過(guò)兩光電門時(shí)，能夠求得加速度，從而求得動(dòng)摩擦因數(shù)，這個(gè)過(guò)程不但使學(xué)者了解光電傳感器的使用，而且考查學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力。
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圖六測(cè)量摩擦角
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圖七安裝光電門
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圖八滑塊通過(guò)光電門，光電計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)
（4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了近十種類型機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，包括機(jī)器與機(jī)構(gòu)、平面邊桿機(jī)械的基本形式、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)的形成、齒輪機(jī)構(gòu)的各種類型、齒輪的基本性質(zhì)、輪系的基本形成、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)學(xué)者對(duì)機(jī)械與機(jī)器的認(rèn)識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，直觀地、全面地了解理論力學(xué)相關(guān)機(jī)構(gòu)，了解各種機(jī)構(gòu)的組成及應(yīng)用情況。
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圖九機(jī)構(gòu)陳列
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圖十機(jī)械豹
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圖十一疊合組合
（5）四連桿機(jī)構(gòu)演示實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了所搭接機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)者了解平面連桿機(jī)構(gòu)的組成形式，鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)的組成特點(diǎn)。
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圖十二雙曲柄機(jī)構(gòu)
（6）自由振動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了單自由度振動(dòng)系統(tǒng)四種不同參數(shù)的測(cè)量，學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以掌握單自由度振動(dòng)系統(tǒng)靜剛度，固有頻率、阻尼比、等效質(zhì)量的測(cè)量方法，同時(shí)也可以掌握阻尼對(duì)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)衰減的影響，便于學(xué)者綜合學(xué)習(xí)振動(dòng)相關(guān)知識(shí)。
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圖十三參數(shù)測(cè)量選擇
（7）質(zhì)心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了質(zhì)心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)煞N理論力學(xué)理論測(cè)試，利用稱重法測(cè)量質(zhì)心，利用三線扭擺法和復(fù)擺法測(cè)得物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并在測(cè)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過(guò)程中，學(xué)者可以對(duì)兩種測(cè)量方法進(jìn)行學(xué)習(xí)和比較。
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圖十四實(shí)驗(yàn)裝置
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圖十五三線扭擺調(diào)平
（8）哥式慣性力演示實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)是理論力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)中重要概念哥氏加速度對(duì)應(yīng)哥式慣性力的演示實(shí)驗(yàn)，畫(huà)抽象的概念具象化，讓學(xué)者更易把握運(yùn)動(dòng)學(xué)中絕對(duì)加速度、相對(duì)加速度、牽連加速度和科氏加速度對(duì)應(yīng)的關(guān)系，感受哥式慣性力的存在。
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圖十六實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景
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圖十七實(shí)驗(yàn)裝置
（9）剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度與動(dòng)反力虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了實(shí)驗(yàn)裝置的虛擬連接和轉(zhuǎn)子裝置在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的具體操作，虛擬基頻檢測(cè)儀和相關(guān)測(cè)試儀器的使用，學(xué)者通過(guò)能夠掌握轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的原理和操作。
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圖十八虛擬連接儀器
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圖十九轉(zhuǎn)子裝置
（10）剛體碰撞虛擬實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)提供了鐵球、鋁球和銅球三種小球的碰撞，實(shí)驗(yàn)中包含實(shí)驗(yàn)介紹和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果處理使學(xué)者掌握剛體碰撞實(shí)驗(yàn)儀的操作流程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)靈活處理，方便學(xué)者掌握碰撞相關(guān)理論，并求出碰撞能量差和恢復(fù)系數(shù)。
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圖二十實(shí)驗(yàn)裝置
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圖二十一三心同線
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圖二十二單擺過(guò)程
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圖二十三平拋過(guò)程
（11）離心慣性力演示實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)提供了離心慣性力演示過(guò)程，通過(guò)配有電機(jī)和控制器可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制下離心慣性力的現(xiàn)象。演示儀設(shè)有防護(hù)玻璃、觀察窗和燈光等，不僅為使用者提供了運(yùn)行的安全，還達(dá)到良好的觀測(cè)效果。
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圖二十四調(diào)節(jié)旋鈕控制轉(zhuǎn)速
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圖二十五實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
系統(tǒng)服務(wù)器端用戶分為學(xué)生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員四種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。
學(xué)生：選課、選擇實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存和提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查詢實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語(yǔ)。
教師：典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)維護(hù)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、系統(tǒng)指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語(yǔ)。
教務(wù)管理員：課程計(jì)劃、開(kāi)課計(jì)劃、選課日期設(shè)置、開(kāi)課審核、開(kāi)課查詢。
系統(tǒng)管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)等。
性能指標(biāo)
支持同時(shí)在線用戶數(shù)1萬(wàn)人以上，經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不限終端用戶數(shù)，完全能滿足日常教學(xué)使用。
服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)：WindowsServer，Linux/UnixServer
Web服務(wù)器：Tomcat6.0，JDK6.0
數(shù)據(jù)庫(kù)：MySQL
客戶端運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)：AllWindows系列
相關(guān)信息：
研制單位：北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
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