基于matlab的振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件new

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1、第26卷第1期高師理科學(xué)刊Vol.26No.12006年2月JournalofScienceofTeachers′CollegeandUniversityFeb.2006文章編號(hào):1007-9831(2006)01-0086-03基于Matlab的振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件史厚強(qiáng)(陜西理工學(xué)院,陜西漢中723003)摘要:分析了原有振動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,介紹了一種基于Matlab的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)軟件.詳盡介紹了軟件的功能,闡述了軟件制作的理念和設(shè)計(jì)方法.關(guān)鍵詞:Matlab;振動(dòng);實(shí)驗(yàn)中圖分類號(hào):TP15∶TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言機(jī)械振動(dòng)測試是在工程中使用廣泛的實(shí)驗(yàn)工作,在多門課程里

2、都設(shè)置了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.但是,由于課時(shí)的壓縮和近年來教學(xué)資源的緊張,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間有限,學(xué)生需要花費(fèi)大量的時(shí)間去學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的功能和使用方法,而且機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)儀器多,實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入大,每套設(shè)備約3～4萬元,影響了實(shí)驗(yàn)的開出.為解決這個(gè)問題,我們?cè)O(shè)想用計(jì)算機(jī)模擬測試實(shí)驗(yàn),把實(shí)驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容都包含在模擬軟件里,學(xué)生可以隨時(shí)在這個(gè)軟件中任意選擇有關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,可以反復(fù)地瀏覽和查閱學(xué)習(xí).從實(shí)驗(yàn)理論的預(yù)習(xí),到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟、原理、方法及實(shí)驗(yàn)操作和連接的熟悉等,不受時(shí)間和人數(shù)的限制,投資小,可反復(fù)使用,不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞.這個(gè)模擬軟件使用簡單方便,不必花費(fèi)時(shí)間去了解時(shí)間

3、儀器設(shè)備面板上開關(guān)、旋鈕使用方法,可以把主要精力用于理論分析和理解實(shí)驗(yàn)參數(shù)變化引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及原因.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)1.1總體設(shè)計(jì)機(jī)械振動(dòng)的計(jì)算和測量較復(fù)雜,并需要繪制各種曲線.為了滿足計(jì)算和圖形化的要求,用Matlab作為編制程序的主要工具,它具有超強(qiáng)的計(jì)算能力和很好的可視化功能,而且編程比較簡單,與其他環(huán)境連接較容易.Matlab主要設(shè)計(jì)包括振動(dòng)曲線的模擬和典型振動(dòng)現(xiàn)象振動(dòng)模型的模擬.用VB主要設(shè)計(jì)包括機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì),機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的演示,用word做文字和圖片的處理及機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編輯與打印.1.2軟件的結(jié)構(gòu)軟件共分兩大模塊(見圖1),一是基礎(chǔ)篇,主要

4、介紹機(jī)械振動(dòng)的有關(guān)理論知識(shí)、機(jī)械振動(dòng)的形式和簡化模型,以及計(jì)算方法和典型振動(dòng)的演示.其中有:機(jī)械振動(dòng)簡介,主要對(duì)理論力學(xué)中機(jī)械振動(dòng)作了一個(gè)大概的論述;機(jī)械振動(dòng)形式,主要對(duì)理論力學(xué)中單自由度系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)的4種形式(無阻尼自由振動(dòng)、有阻尼自由振動(dòng)、無阻尼受迫振動(dòng)、有阻尼受迫振動(dòng)),配合以其作了一個(gè)比較詳細(xì)的簡介,用戶可以通過點(diǎn)擊“顯示圖形”來訪問其各自的振動(dòng)曲線;典型振動(dòng)現(xiàn)象———隔振,主要對(duì)典型振動(dòng)“共振”進(jìn)行了簡單的簡介演示,讓人觀察現(xiàn)實(shí)生活中共振的巨大破壞能力.主要演示了減弱振動(dòng)的方法———隔振.其中配以了利用Matlab所繪出的振動(dòng)曲線,以便用戶能方便的進(jìn)行分析參考.

5、二是實(shí)驗(yàn)篇模塊,在這里共分5個(gè)實(shí)驗(yàn):收稿日期:2005-10-07基金項(xiàng)目:陜西理工學(xué)院教改項(xiàng)目(YJG0433)作者簡介:史厚強(qiáng)(1956-),男,山東成武人,高級(jí)工程師,主要從事工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究.?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第1期史厚強(qiáng):基于Mat1ab的振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件87實(shí)驗(yàn)1,自由衰減振動(dòng)阻尼參數(shù)的測定(1);實(shí)驗(yàn)2,自由衰減振動(dòng)阻尼參數(shù)的測定(2);實(shí)驗(yàn)3,單自由度系統(tǒng)模型參數(shù)和固有頻率的測定;實(shí)驗(yàn)

6、4,強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)模型參數(shù)和固有頻率的測定;實(shí)驗(yàn)5,幅頻曲線的測定.每個(gè)實(shí)驗(yàn)下又分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)參數(shù)輸入、實(shí)驗(yàn)圖形分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告編輯打印.測試實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件主界面共分5個(gè)下拉菜單,用戶可快捷方便地選擇所需要的內(nèi)容(見圖2).2實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件功能和特點(diǎn)2.1實(shí)驗(yàn)參數(shù)可人為變化為加深對(duì)實(shí)驗(yàn)及理論內(nèi)容的理解,提高分析問題的能力,在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中專門設(shè)置了實(shí)驗(yàn)參數(shù)的輸入.改變輸入的參數(shù)而得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,繪出的實(shí)驗(yàn)曲線不同,通過比較分析不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見圖3),可以總結(jié)有益的結(jié)論.找到實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化的原因,培養(yǎng)學(xué)生分析和歸納問題的能力.2.2拓寬知識(shí)面在這個(gè)軟件中不僅設(shè)計(jì)了機(jī)械振動(dòng)的

7、典型實(shí)驗(yàn),而且選擇了部分開闊視野、增加興趣的內(nèi)容.如共振的電影、防振、隔振.還有彈簧擺、滑動(dòng)擺等部分內(nèi)容,增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.圖3不同參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)曲線對(duì)比圖4基礎(chǔ)篇無阻尼自由振動(dòng)2.3實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編輯和打印在基礎(chǔ)篇里可以做理論預(yù)習(xí),理解機(jī)械振動(dòng)方面基本知識(shí)、數(shù)學(xué)方程的推導(dǎo)、數(shù)學(xué)模型的建立、振動(dòng)的簡化模型以及實(shí)驗(yàn)原理.到實(shí)驗(yàn)篇可以學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容,了解實(shí)驗(yàn)裝置原理和操作方法,以及實(shí)驗(yàn)裝置的聯(lián)接.介紹實(shí)驗(yàn)中參數(shù)的輸入和形分析方法.然后在下拉菜單中選擇需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),最后在軟件鏈接的word環(huán)境下,把實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)圖形和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,