杆系结构位移计算智能作业系统技术方案

本发明专利技术公开了一种杆系结构位移计算智能作业系统，用户通过题目生成控件选择内嵌题目或自定义题目；通过图乘法位移计算控件生成计算简图和模型底图，计算简图显示在图形显示区，模型底图显示在作业区；在模型底图上绘制荷载弯矩图、消减约束、添加单位荷载，荷载弯矩图绘制模块和单位弯矩图绘制模块记录相关操作过程，并将相关信息加载到图形显示区中，根据荷载弯矩图和单位弯矩图进行位移计算并输入计算结果；系统根据荷载弯矩图绘制模块和单位弯矩图绘制模块所记录的操作步骤，并根据输入的计算结果，逐步对比评定，给出评价结果。其效果是：题库丰富，过程记录完整，系统自动评定，可适用于静定结构和超静定结构图形相乘法的位移计算。

Intelligent working system for displacement calculation of bar structure

【技术实现步骤摘要】
杆系结构位移计算智能作业系统
本专利技术涉及智能教学技术，特别是《结构力学》、《工程力学》教学领域中的一种杆系结构位移计算智能作业系统。
技术介绍
位移计算是杆系结构分析中一个基础内容，可使用基于虚功原理的单位荷载法进行计算。其中，图形相乘法适用于在荷载作用下弯曲变形为主的梁和刚架位移计算。位移计算在结构刚度特征、变形条件和超静定结构计算中，都有直接而广泛的应用，是结构静力、动力和稳定分析的基础。目前的结构分析或教学软件中，位移计算只是直接给出结果，如输出挠度、变形曲线等；即使有的软件可以列出计算过程，但由于用户不能参与计算过程交互，也无法在使用过程中获取到直接的训练效果。使用单位荷载法时，虚设平衡状态是无需考虑变形协调条件的。因此，对超静定结构计算位移时，其虚平衡态，理论可以存在无限的可能。一个相同的题目，学生仍可能给出许多种不同的作业方式。尽管结果数值唯一，检测判断容易，但对作题过程中虚平衡态和相应内力图的正确性判定却难度大，或会影响教师对学生概念掌握程度的判断：学生究竟是对单位荷载法的理解不够？或是对虚功原理概念理解不够？是内力图绘制出错？或仅仅后续的图乘法计算出错？由于教师不可能做出所有可能的参考答案。因此，对于力学课程中的综合性计算类题目，即便答案唯一，因计算过程不具备唯一性，其过程判断将耗费教师较多的精力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种杆系结构位移计算智能作业系统，将手算计算过程完整移植至计算平台，通过内嵌题目或数据输入，动态生成特征参数各异的结构计算模型；使用者利用图形界面操作，按照图形相乘法的基本步骤顺序进行，在绘图和计算过程中，根据教、学不同阶段的要求，既可不作任何诱导性的提示，保证较为客观地对学生的学习水平进行考核和考试；也可对每一操作步实时进行正确性评判，并提示错误，确保初学者的训练效率。本专利技术针对结构位移计算的特点，支持使用者在作业过程中，输入任意的虚平衡力系进行计算。平台从虚功原理和单位荷载法的基本概念出发去判别其正确性和有效性。为了实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案是：一种杆系结构位移计算智能作业系统，其关键在于包括：显示模块，该显示模块分为结果图形显示区和作业区；所述显示模块中还设置有题目生成控件和图乘法位移计算控件，用户通过所述题目生成控件选择内嵌题目或自定义题目；题目生成后，用户通过所述图乘法位移计算控件生成计算简图和模型底图，所述计算简图显示在所述图形显示区，所述模型底图显示在所述作业区；荷载弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上绘制荷载弯矩图，所述荷载弯矩图绘制模块记录所述作业区的操作过程并加载到所述图形显示区中的计算简图中；单位弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上进行消减约束操作并添加需要的单位荷载，所述单位弯矩图绘制模块所述作业区的操作过程并在所述图形显示区中加载单位力状态的计算模型和单位弯矩图；位移结果输入模块：用户根据荷载弯矩图和单位弯矩图进行位移计算并输入计算结果；作业递交评价模块：系统根据所述荷载弯矩图绘制模块和单位弯矩图绘制模块所记录的操作步骤，并根据所述位移结果输入模块输入的计算结果，逐步对比评定，给出评价结果。可选地，所述结果图形显示区按照计算模型、荷载弯矩图、单位荷载图和单位弯矩图分别显示对应的图形内容。可选地，在所述荷载弯矩图绘制模块中设置有两种荷载添加模式，包括按结点力方式添加和按单元力方式添加，在按结点力方式添加模式下，用户在所述模型底图中选择结点并点选结点力方向，自动形成单位力作用下模型；在按单元力方式添加模式下，用户在所述模型底图中选择单元并点选单元力方向，输入位置参数，自动形成单位力作用下模型。可选地，所述单位弯矩图绘制模块中包括对内约束消减操作和对外约束消减操作。可选地，包括实时错误检测模块，开启所述实时错误检测模块后，用户每执行一步操作，系统则进行检测，如若不满足误差要求，即给出错误提示。可选地，所述作业递交评价模块按照计算过程评价作业，其中荷载弯矩图占25％、单位力状态占25％、单位力弯矩图占25％、计算结果占25％的方式确定最终得分。本专利技术的显著效果是：系统可同时适用于静定结构和超静定结构图形相乘法的位移计算，用户作业过程由系统完整记录。可自动评判用户任意给定的虚单位力状态正确性，自动批改荷载弯矩图、单位弯矩图，最后核对位移计算结果。对不同计算过程处理的自动评阅技术，可令教师不用再面对解题过程中数目众多的不同解法的困扰。题目的出题方式更灵活，对学生的考核评价更准确有效。无论是线上教学，还是传统课程教学模式，皆能有效辅助教师实时检测学生的学习效果，系统平台既可用于学习阶段的作业练习，也可用于考核或考试中。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术具体实施例中系统操作界面示意图；图2为本专利技术具体实施例中模型调整控制流程图；图3为本专利技术具体实施例中错误检测和得分评判的流程图；图4为本专利技术示例1的结果图；图5为本专利技术示例2的第一解法结果图；图6为本专利技术示例2的第二解法结果图；图7为本专利技术示例2的第三解法结果图；图8为本专利技术示例2的第四解法结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本实施例提供一种杆系结构位移计算智能作业系统，包括：显示模块，该显示模块分为结果图形显示区和作业区；所述显示模块中还设置有题目生成控件和图乘法位移计算控件，用户通过所述题目生成控件选择内嵌题目或自定义题目；题目生成后，用户通过所述图乘法位移计算控件生成计算简图和模型底图，所述计算简图显示在所述图形显示区，所述模型底图显示在所述作业区；通过图1可以看出，结果图形显示区按照计算模型、荷载弯矩图、单位荷载图和单位弯矩图分别显示对应的图形内容；荷载弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上绘制荷载弯矩图，所述荷载弯矩图绘制模块记录所述作业区的操作过程并加载到所述图形显示区中的计算简图中；具体实施时，用户根据简图，计算弯矩内力分布，绘制荷载弯矩图，荷载结束时双击作业区，系统将荷载弯矩图保存在结果图形区的右上角位置。单位弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上进行消减约束操作并添加需要的单位荷载，所述单位弯矩图绘制模块所述作业区的操作过程并在所述图形显示区中加载单位力状态的计算模型和单位弯矩图，具体实施时，对超静定结构，用户可根据需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杆系结构位移计算智能作业系统，其特征在于包括：/n显示模块，该显示模块分为结果图形显示区和作业区；所述显示模块中还设置有题目生成控件和图乘法位移计算控件，用户通过所述题目生成控件选择内嵌题目或自定义题目；题目生成后，用户通过所述图乘法位移计算控件生成计算简图和模型底图，所述计算简图显示在所述图形显示区，所述模型底图显示在所述作业区；/n荷载弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上绘制荷载弯矩图，所述荷载弯矩图绘制模块记录所述作业区的操作过程并加载到所述图形显示区中的计算简图中；/n单位弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上进行消减约束操作并添加需要的单位荷载，所述单位弯矩图绘制模块所述作业区的操作过程并在所述图形显示区中加载单位力状态的计算模型和单位弯矩图；/n位移结果输入模块：用户根据荷载弯矩图和单位弯矩图进行位移计算并输入计算结果；/n作业递交评价模块：系统根据所述荷载弯矩图绘制模块和单位弯矩图绘制模块所记录的操作步骤，并根据所述位移结果输入模块输入的计算结果，逐步对比评定，给出评价结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种杆系结构位移计算智能作业系统，其特征在于包括：
显示模块，该显示模块分为结果图形显示区和作业区；所述显示模块中还设置有题目生成控件和图乘法位移计算控件，用户通过所述题目生成控件选择内嵌题目或自定义题目；题目生成后，用户通过所述图乘法位移计算控件生成计算简图和模型底图，所述计算简图显示在所述图形显示区，所述模型底图显示在所述作业区；
荷载弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上绘制荷载弯矩图，所述荷载弯矩图绘制模块记录所述作业区的操作过程并加载到所述图形显示区中的计算简图中；
单位弯矩图绘制模块：用户在所述作业区的底图上进行消减约束操作并添加需要的单位荷载，所述单位弯矩图绘制模块所述作业区的操作过程并在所述图形显示区中加载单位力状态的计算模型和单位弯矩图；
位移结果输入模块：用户根据荷载弯矩图和单位弯矩图进行位移计算并输入计算结果；
作业递交评价模块：系统根据所述荷载弯矩图绘制模块和单位弯矩图绘制模块所记录的操作步骤，并根据所述位移结果输入模块输入的计算结果，逐步对比评定，给出评价结果。


2.根据权利要求1所述的杆系结构位移计算智能作业系统，其特征在于：所述结果图形显示区按照计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈名弟，刘毅，文国治，华建民，黄乐鹏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50