材料拉伸实验操作仿真系统

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Ｆｂ ２ Ｏ ｅ．０ ８
文章编号 ： ０ — ４Ｘ ２０ ）１ ０８ — ３ １ ７ １４ （０８ ０ — ０６ ０ ０
材 料 拉 伸 实验 操 作 仿真 系统
姚 三九 栗重浩 肖 磊 ， ，
（． １ 武汉理工大学 材料科学与工程学院 ， 湖北 武汉 ４ ０７ ；． 中师范大学 计算机科 学系 ， ３０ ０ ２ 华 湖北 武汉 ４ ￣７ ） ３ ９
实验教 学 的需要 ， 系统 由试 验 机 基 本 构 造 和工 该
作原理解说 、 实验操作过程演示与练习、 材料力学 性能检测过程动态模拟 ３ 大部分构成。各窗体和
模块 间 的关 系如 图 １所示 。
为 了扩大实验教学规模 ， 提高教学质量 ， 国内 许多院校正在基于计算机多媒体与 网络技术 ， 开 发 相应 的仿 真实 验系统 ］ 。但 在 已开 发 出 的材 料力学 性能 实 验 仿 真 系统 中 ［ ’， 忽 略 了实 际 ６ ］均 操作过程的仿真， 并且实验结果 的仿真是立足于 几个数学模型来 获得 ， 其仿真结果与实际检测结
料 的研究 也有 一定 的参 考价 值 。
图 ５ 夹 具 与 试 样 安 装 操 作 界 面
参 考文献 ：
［ ］ 助 教 １
学 ［ ］ 中国地质教育 ，０ ５ ３ ：９— １ Ｊ． ２ ０ （ ）６ ７ ．
界 面右 边是 供学 生 自主进 行仿 真操 作 的零部
嗣 暖 醺 ■ 糊 舅
（ 摞 于Ｌ舴 （试］ 几 （安装夹具 ｂ 结构 ｃ ） ）
（ 拟实验 （ 试验演示 （关机操作 ｅ ） Ｄ
图 ３ 软件 系统的主界面和模块组成
２ 数 据 库 的建 立
由于试样 的材 质 、 微 组 织 和表 面 状 况 的差 显
异， 以及 拉伸 试 验 机 工作 参 数 （ 度 、 度 等 ） 速 温 的
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第３卷 第 １ ０ 期
２０ 年 ２ ０８ 月
武 汉 理 工 大 学 学 报 ・信 息 与 管 理 工 程 版
ＪＵ Ｎ ＬＯ Ｔ ＩＦ Ｒ Ａ ＩＮ＆Ｍ Ｎ Ｇ Ｍ Ｎ Ｎ ＩＥ ￣Ｎ 、 Ｏ Ｒ Ａ ＦＷＵ （ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｎ Ａ Ａ Ｅ Ｅ ＴＥ ＧＮ Ｅ Ｇ
３ 软件的应用
３ １ 夹具 与试 样 安装 操作 ． 系统 中 ， 对试 验 机 构 造 和 工作 原 理 等教 学 内
容 ， 以通 过计 算机 自动演示 和解 说 ， 可 也可 以由学
图 ４ 试验机 整机 工作 原理界面图
生 自己选择 ， 步反 复观看 。而实验 操作 部分 ， 逐 除
件和试样。可选择实验的类 型 ， 如拉伸 ， 再点击上
夹头 图 片 ， 上 夹 头 自行 逐 步 安 装 到 可 动 横 梁 。 则 如果 点击 到 其 他 图 片上 ， 界 面 上 显 示 “ 装 错 则 安 误” 的提示 。整 个安 装 过 程 必须 按 自动 演 示 的 步 骤进行 ， 能顺 利完 成 。完成 全部 安装 后 ， 才 计算 机 提示 “ 以进行 下步 操作 ” 可 。 压缩 、 弯 曲试 验 的夹具 与试 样 的安装 ， 自 静 其 动演 示和 自主操作 过程 与拉 伸试 验基 本相 同。
果 的偏 差 较大 。 笔者 以国内 Ｒ ｇｒ 司最 新 式 的拉 伸 试验 机 ｅｅ公
为蓝本 ， 开发出材料拉伸实验实景操作仿真系统。 使用 该 系统 ， 仅 可 以让 学 生 比较 清 楚 地 了解 拉 不 伸试验机的基本构造和实验操作过程 ， 而且使学 生感到仿佛在真实 的环境下做实验 ， 且仿真结果 与实测结果一样 ， 实验操作过 程可重复观看和 自 主进行。同时， 利用多媒体手段 ， 可提高学生的学 习兴趣 ， 能更 好地 达 到实验 教学 的 目的。并且 ， 数 据 库 内各种 材料 的力 学 性 能 资 料 ， 对科 研 工 作 也
伸试验机 的实 际操作过程及实验结果 的输 出。数据库 中的力学性能 曲线对材料研究也有 一定 的参 考价值。
关键词 ： 伸试 验 ； 拉 仿真系统 ； 实验操作 ； 力学性能
中图法分 类号 ：Ｂ ４ Ｔ ３ ９ Ｔ ２ ；Ｐ １ 文献标 志码 ： Ａ
材料拉伸实验（ 含压缩 、 静弯曲实验 ） 是本科 生《 料力学》 《 材 、材料力学性能》 等必修课程 的基 本实验之一 ， 几乎涉及工科 院校一半 以上的学生。 由于材料拉伸实验设备价格 昂贵 ， 操作 过程较严 格， 并且每次实验试件的消耗也较大 ， 因此材料拉
第３ ０卷
第 ｌ期
姚 三九 ， ： 等 材料拉伸实验操作仿真系统
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拉 伸试 验机类 型 如 图 ２所示 。实验操 作 系统 由开机 与关 机 、 验机 构造 与工 作原 理 、 试 夹具 与试 样 安装 、 操作 过程演 示 与练 习 、 拟 实验 ５大模 块 模 构 成 （ 图 ３所示 ） 如 。各 模 块 的主要 功能 如下 ：
图 ２ Ｒ ｇｒ ｅｅ 拉伸试验 机
当选 择 确 定 后 ， 算 机 屏 幕 自动 演 示 试 验 过 程 计 （ 试 曲线 的动 态形 成过 程 ） 并 提供 最 后 结果 的 测 ， 打印 输 出。按 “ 复” ， 验 过程 重新 演示 。 重 键 试 上述 ５大 模块 均可 以单 独运 行 。
式保 存下 来 ， 以后 通 过 相 应 的 软 件将 实验 过 程 演
示出来。该数据库中的文件很小 ， 积累的数据也
可供 其 他 研 究使 用 ， 是 ， 据 的编 辑 较麻 烦 ， 但 数 演 示 的逼 真效 果也 稍差 。这 两种 数据 库分 别存 放 在 两 个 系统 中 ， 不 同用户选 用 。 供
（ ） 具 与 试 样 安 装 模 块 。通 过 自动演 示 ， ３夹 可 以使 学生 了解 拉伸 试 验机 能进行 的 ３大类 型 试 验（ 伸、 拉 压缩 、 曲 ） 以及 进 行 各 类 型试 验 所 采 弯 ， 用 的夹具 和试 样 。该模 块允 许操 作者 自己动 手模 拟安 装各种 夹 具 和 相应 的试 样 ， 系统 随 时提 醒 操 作是 否正 确 。 （ ） 作 过程演 示 与 练 习模 块 。夹 具 及 试 样 ４操 安装 完毕 ， 机做 实验 之前 ， 开 必须 对 实验结 果 的输 出要 给予 设 定 。该 模 块 通 过 自动演 示 ， 细介 绍 详 了各 种试 验参 数 的输 入 方 法 ， 以及 结果 输 出 的方 式 。操作 者也 可 以 自己动 手 逐 步设 定 有 关 参 数 ， 系统 则 随 时提 醒操作 是否 正确 。 （） ５ 模拟 实验 模块 。该 模 块 采 用 多 层 菜单 的 形 式 ， 供试 验 类 型 、 料类 型 和牌 号 的 选择 等 。 提 材
（） １ 开机 与关 机模 块 。该模 块 用 来 引 导学 生 按 正确 的操作 步 骤 开 启 打 印机 、 计算 机 和拉 伸 试 验机 ， 以及逆 序 进行关 机 ， 系统 随 时提示错 误 的操 作 。主界 面上将 开机 与关 机各 设定 为一 个 窗 口。 （ ） 验 机构 造 和 工 作 原 理 模 块 。采 用 图 、 ２试
有 一定 的参 考价 值 。
收 稿 日期 ：０ ７—０ ２０ ８—２ ． ８
（ 不同材料模拟实验框 图 ｃ ）
图 １ 软件 系统 框图
作者简介 ： 姚三九 （９ １ ， ， １５ 一） 男 湖北武汉人 ， 武汉理工大学材料科学 与工程 学院教授 ．
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摘
要 ： Ｆａｈｍ ２０ 以 ｌ ｘ０４为主要工具 ， 于 Ｒ ｇｒ ｓ 基 ｅｅ 拉伸试验机 ， 开发出了材料拉伸实验实景操 作仿真 系统 。该
系统 由试验机构造与工作原理 、 开机与关机 、 夹具与试样安装 、 操作 过程演示 与练习 ， 以及模拟实 验 ５ 大模 块 构成 。各模块 的运行既可 自动演示 ， 可以根据 操作 者的要求逐 步演示 。通过该 系统 ， 也 学生可学 习并掌握 拉
影响 ， 至今仍 无法基 本反 映拉 伸 （ 压缩 、 含 静弯 曲） 试验 过 程 的函 数关 系 ， 因此 ， 仿 真 系 统 采 用 该
数 据库 的形式 来 满 足实验 的要 求 。 Ｒ ｇｒ ｅｅ 拉伸 试 验 机 自带 的输 出系统 可 以动 态 演 示 试 验 过程 ， 此 基 础 上 ， 用 Ｃ ｍａｉ Ｓｕｉ 在 采 ａ ｔｓ ｔ ｏ ａ ｄ 等软 件将其 整个 试 验输 出过 程 适 时 抓 出来 ， 过 经 挑选 、 辑和 压缩 后 ， 以相应 的材 料和参 数 为文 编 再 件名 存人 第 １种 数 据 库 中 ， 日后 的模 拟实 验 调 供 用 。采 用该种 形 式 的数 据 库 ， 然 需要 较 大 的存 虽 储 空 间 ， 简单 方 便 ， 示 过程 逼 真 ， 且 数 据 库 但 演 并
１ 实验操作仿真 系统 的结构
实验操作仿真系统主要 以 Ｆ ｓ ｘ０４构建 ｌ ｈｒ ２０ ａ ｅ 大体框架 ， Ｐ ｏ ｓｏ６０ Ｃ ｍ Ｄａ ｌ ． 实现平 用 ｈｔ ｈｐ ． 、ｏ ｌｒ ０ ０ ｏ ｗ
面设计 ， 对 Ｒ ｇｒ 司 拉 伸 试 验 机 随 机 光 盘 中 并 ｅｅ 公
伸已逐渐成为演示性实验（ 其演示效果可能还达 不到视频效果 ） 。学生既缺乏在新型试验设 备上 动手操作 的机会 ， 也缺乏在计算机上进行数据处 理 的训 练 ， 结果 必 然 影 响 教 学质 量 和 学 生 的科 其
研 能力 培养 。
的部分 图像 资源进行 了裁剪及 转换 。为满足 Ｊ
装小变形量传感器、 定位销 ， 打开下夹头 、 横梁下
移 、 样插 入 下 夹头 ， 紧下 夹头 ， 试 夹 安装 完 毕 。重 新点 击 “ 伸视 频 ” 上述 过程 则 重复进 行 。 拉 ，
图 ６ 拉伸过程动态 曲线生成 界面图