實驗力學三維虛擬實驗教學系統(tǒng)簡介
實驗力學是理論、計算和實驗的力學研究的三大支柱之一。它是應用實驗的基本理論，結合力學的理論通過數(shù)學工具的推演，以實驗為手段去研究結構物中的位移、應變和應力等力學量的一門實驗科學。實驗力學的主要分支包括電測力學和光測力學。電測力學簡稱電測法，又稱為應變電測技術，作為實驗力學的一個重要分支，是應用極為普遍的基本測試技術。經(jīng)典的光測彈性力學和現(xiàn)代光測力學以及光學干涉條紋地測量，它們共同的特點是光學干涉條紋的處理技術在力學方面的研究和應用。
本虛擬仿真實驗室軟件可滿足以下主要功能：
本系統(tǒng)在網(wǎng)上開展虛擬實驗課程，課程模擬真實實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境；B/S結構，支持網(wǎng)頁界面操作方式，軟件首頁支持學生、課程教師、教務管理員、系統(tǒng)管理員使用不同的身份登錄軟件；不同的身份具有不同的操作權限；提供系統(tǒng)管理功能，包括用戶、分組、角色、權限、日志管理等；支持完整的教學過程管理功能，包括開課管理、實驗的開課管理、典型實驗庫的維護、實驗教學安排、實驗結果的批改、實驗成績統(tǒng)計查詢等功能；同時可以和虛擬仿真實驗教學管理平臺無縫集成；
為保證軟件的交互性和擴展性，本軟件采用國際領先的Unity3D引擎開發(fā)而成，且插件在近1年內(nèi)有更新版本，并可支持后續(xù)的優(yōu)化升級。軟件交互性良好，用戶在場景中，通過鼠標、鍵盤的交互，實現(xiàn)在場景中走動，通過視角旋轉、拉近觀察場景元素中的細節(jié)，支持用戶從任意視角、任意距離觀察實驗臺。
提供實驗器材欄，器材欄在實驗過程中，用戶可以隨時選擇收起和展開，同時也可以將器材欄拖動到任意位置；軟件提供視圖選擇功能，便于用戶快速切換到對應視角進行操作或觀察實驗現(xiàn)象；軟件采用虛擬現(xiàn)實實時渲染處理，畫面精美，同時提供操作幫助，言簡意賅描述實驗如何開展。
該軟件支持典型實驗個數(shù)8個；
1) 平面偏振光場虛擬實驗
2) 圓偏振光場虛擬實驗
3) 工字梁彎曲虛擬實驗
4) 高速攝像機碰撞虛擬實驗
5) 電阻應變計粘貼作業(yè)流程虛擬實驗
6) 壓痕法測量材料力學性能實驗
7) 萬能試驗機操作規(guī)程虛擬實驗
8) 應變片在電橋中接線實驗
（1）平面偏振光場虛擬實驗
本虛擬實驗模擬了平面偏振光場實驗的完整實驗流程，通過加載砝碼，觀察條紋干涉現(xiàn)象。
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圖1 實驗場景
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圖2 旋轉檢偏鏡，觀察十字等傾線
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圖3 加載砝碼，觀察實驗現(xiàn)象
（2）圓偏振光場虛擬實驗
本虛擬實驗模擬了圓偏振光場的完整實驗流程，實驗中通過放入玻片，增加砝碼來達到了解產(chǎn)生和檢驗偏振光的原理和方法的目的。
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圖4 放入1/4波片
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圖5 加載砝碼，觀察實驗現(xiàn)象
（3）工字梁彎曲虛擬實驗
本虛擬實驗模擬了工字梁彎曲實驗的完整實驗流程，實驗中提供對稱工字梁和非對稱工字梁測量，通過轉動手柄加載，讀取應變儀讀數(shù)，分析實驗數(shù)據(jù)。
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圖6 實驗場景
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圖7 轉動手柄
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圖8 記錄實驗數(shù)據(jù)
（4）高速攝像機碰撞虛擬實驗
本虛擬實驗模擬了高速攝像機碰撞實驗的完整實驗流程，模擬真實的實驗環(huán)境及實驗設備，通過調(diào)整高速攝像機及軟件操作，得出不同參數(shù)下的實驗現(xiàn)象。
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圖9 實驗場景
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圖10 實驗現(xiàn)象
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圖11 實驗曲線
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圖12 實驗儀器
（5）電阻應變計粘貼作業(yè)流程虛擬實驗
本虛擬實驗模擬了電阻應變計粘貼作業(yè)的完整實驗流程，包括：應變計選擇、膠黏劑選擇、打磨、表面清洗、畫定位線、應變計清洗、應變計粘貼、固化和貼片質(zhì)量檢查。實驗中伴有智能指導可以指導學生進行實驗操作。
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圖13 應變計選擇
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圖14 智能指導
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圖15 試件打磨
（6）壓痕法測量材料力學性能虛擬實驗
該虛擬實驗模擬了壓痕實驗完整的實驗流程，通過添加墊塊，維氏壓頭靠近被測試件，進行AIS3000軟件檢測，得到實驗數(shù)據(jù)和對應實驗曲線。
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圖16 壓痕實驗場景
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圖17 壓痕實驗曲線
（7）萬能實驗機操作規(guī)程虛擬實驗
本虛擬實驗實驗中以三維動畫的形式介紹電子萬能實驗機的結構組成及關鍵零部件認知；實驗中詳細介紹了電子萬能實驗機操作規(guī)程，包括：開機檢測過程、預熱過程、夾持試驗、安裝其他輔助設備等過程；實驗中以文字面板、操作提示形式對實驗過程中的注意事項進行詳細說明。
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圖18 關鍵零部件認知
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圖19 開機檢測過程
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圖20 夾持試樣
（8）應變片在電橋中接線實驗
該虛擬實驗模擬了應變片在電橋中接線實驗完整的實驗流程，通過改變橋路連接，記錄實驗數(shù)據(jù)來掌握電橋的加減特性和應變儀的各種接橋方法；了解應變傳感器的基本原理；熟悉應變儀的使用方法。
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圖21 選擇橋路進行連接
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圖22 1/4橋記錄實驗數(shù)據(jù)
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圖23 重新接線第六種方式
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圖24 記錄本加載記錄實驗數(shù)據(jù)
系統(tǒng)服務器端用戶分為學生、教師、教務管理員和系統(tǒng)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(fā)布實驗、安排實驗、批改實驗報告、系統(tǒng)指導、統(tǒng)計并發(fā)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(tǒng)管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權限管理、系統(tǒng)維護等。
性能指標
支持同時在線用戶數(shù)1萬人以上，經(jīng)測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，不限終端用戶數(shù)，完全能滿足日常教學使用。
服務器運行環(huán)境
操作系統(tǒng)：Windows Server ，Linux/Unix Server
Web服務器：Tomcat6.0，JDK6.0
數(shù)據(jù)庫：MySQL
客戶端運行環(huán)境
操作系統(tǒng)： All Windows系列
相關信息：
研制單位：北京潤尼爾網(wǎng)絡科技有限公司
通訊地址：北京市海淀區(qū)北三環(huán)中路44號文教文化產(chǎn)業(yè)園1號樓 郵政編碼：100876
TEL：400-888-3467 010-59508493
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