一种杆系结构位移法计算的智能交互作业方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种杆系结构位移法计算的智能交互作业方法及系统，应用于高等教育中《结构力学》、《工程力学》、《建筑力学》等力学课程教学领域，本发明专利技术将位移法分析和计算作业全过程，完整移植至计算机软件平台，支持任意参数的位移法题目，结合位移法计算常规步骤，利用有限元分析方法进行过程性分析，对位移法计算中涉及到的几何分析、模型交互、图形绘制等内容，实现概念性判断和交互操作，并利用图形界面和人机智能交互，辅助完成分析、计算和绘图操作等作业全过程，并能够实现智能批阅，有效提高学生在杆系结构位移法作业中的计算效率和练习效果。率和练习效果。率和练习效果。

【技术实现步骤摘要】
一种杆系结构位移法计算的智能交互作业方法及系统


[0001]本专利技术涉及智能教学
，尤其涉及应用于高等教育中《结构力学》、《工程力学》、《建筑力学》等力学教学领域的一种杆系结构位移法计算的智能交互作业方法及系统。

技术介绍

[0002]位移法是杆系结构中，结构内力、变形的计算分析方法。位移法以结点位移为基本未知量，利用线弹性叠加原理，根据位移法基本结构(或基本单元)在结点(或杆端)位移处平衡条件，建立方程计算。位移法是工程分析中最普遍使用的计算方法，绝大多数工程实用的数值计算和概念分析，都基于位移法进行。通过位移法的学习，除获取结构响应外，还可以在计算过程中感受和把握结构的基本刚度特征，对认识结构的基本力学性能和掌握相应的力学概念，有着较强的教学和工程实用意义。
[0003]位移法是综合性计算方法，作业过程综合了反力、内力和变形(位移)计算，内力图形绘制，位移法基本结构、基本体系选择等过程。根据位移法的基本概念，若不限定单元形式时，未知量数目也可能发生改变；同时，因为无穷刚性截面特征的存在(手算位移法题目中经常会出现的工程设定，包括抗弯刚度无穷大，或轴向刚度无穷大)，未知量性质和位置也有变化的可能。因此，位移法计算未知量的数目和性质，在计算过程中仍可能因人而异，计算过程并不一定唯一。
[0004]传统纸上作业方式，图、文、公式、符号交错，步骤多，手工批阅强度大，很难实现自动批阅；同时手工批阅模式，周期长，无法及时反馈。
[0005]随着计算机、互联网等技术的发展，传统教学、在线教学、混合教学等教学模式，对教学交互技术提出了更高的要求，但目前国内外其它教学辅助、结构分析软件，均没有完备的位移法人机交互作业功能。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种杆系结构位移法计算的智能交互作业方法及系统，将位移法分析和计算作业全过程，完整移植至计算机软件平台，对任意参数的位移法题目，利用人机交互图形界面和人机智能交互操作，辅助完成分析、计算和绘图操作等作业全过程，并能够实现智能批阅，有效提高学生在杆系结构位移法作业中的计算效率和练习效果。
[0007]为实现上述目的，本专利技术公开的技术方案如下：
[0008]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术公开了一种杆系结构位移法计算的智能交互作业方法，所述方法包括如下步骤：
[0009]在人机交互界面加载并显示待解答题目的原杆系结构，其中，所述人机交互界面包括过程图形显示区和交互操作区，所述原杆系结构显示在所述过程图形显示区；
[0010]获取用户在所述交互操作区输入的位移法自由度数值n，其中，n为正整数；
[0011]基于所述位移法自由度数值n将所述过程图形显示区分割成n+4个图形显示窗口，
并将所述原杆系结构和所述待解答题目的题干信息显示在其中一个所述图形显示窗口中；
[0012]接收用户在所述交互操作区对所述原杆系结构做出的添加附加约束操作，并基于所述添加附加约束操作生成位移法基本结构；
[0013]接收用户在所述交互操作区针对所述位移法基本结构做出的n次施加结点单位位移操作，并基于所述n次施加结点单位位移操作生成n个不同单位力状态的单位弯矩图，将所述n个单位弯矩图分别显示在所述n+4个图形显示窗口中的不同的图形显示窗口中；
[0014]将所述原杆系结构承受的荷载作用在所述位移法基本结构上生成原荷载作用状态图，获取用户在所述交互操作区输入的第一绘图参数，基于所述原荷载作用状态图和所述第一绘图参数利用叠加原理生成荷载弯矩图；
[0015]获取用户在所述交互操作区输入的第二绘图参数，基于所述原杆系结构和所述第二绘图参数利用叠加原理绘制所述原杆系结构的结果弯矩图；
[0016]记录用户在所述交互操作区实施的操作过程，对所述操作过程进行批阅，给出批阅结果。
[0017]优选地，所述交互操作区设置有题目选择控件，所述方法还包括：
[0018]接收用户在所述题目选择控件上的选题操作，其中，所述选题操作用于在题库中选择所述待解答题目。
[0019]优选地，所述对所述操作过程进行批阅，给出批阅结果包括：
[0020]根据预设的判断规则对所述位移法自由度数值n、位移法基本结构、n个单位弯矩图、荷载弯矩图以及结果弯矩图的正确性与否进行判断，得到判断结果；
[0021]基于所述判断结果按照预设的批阅模式生成批阅结果；
[0022]将所述批阅结果以浮动窗口的方式显示在所述人机交互界面上。
[0023]优选地，所述过程图形显示区的n+4个图形显示窗口按照待解答题目、位移法基本结构、第1-n个单位弯矩图、荷载弯矩图和结果弯矩图的顺序分别显示对应的图形内容。
[0024]优选地，所述添加附加约束操作包括：
[0025]以添加水平支杆、添加竖向支杆和添加转动约束之一或任意组合的方式在所述原杆系结构的结点位移处添加附加约束。
[0026]根据本专利技术的第二个方面，本专利技术公开了一种杆系结构位移法计算的智能交互作业系统，所述系统包括：
[0027]题目加载模块，用于在人机交互界面加载并显示待解答题目的原杆系结构，其中，所述人机交互界面包括过程图形显示区和交互操作区，所述原杆系结构显示在所述过程图形显示区；
[0028]数据获取模块，用于获取用户在所述交互操作区输入的位移法自由度数值n，其中，n为正整数；
[0029]窗口分割模块，用于基于所述位移法自由度数值n将所述过程图形显示区分割成n+4个图形显示窗口，并将所述原杆系结构和所述待解答题目的题干信息显示在其中一个所述图形显示窗口中；
[0030]基本结构图绘制模块，用于接收用户在所述交互操作区对所述原杆系结构做出的添加附加约束操作，并基于所述添加附加约束操作生成位移法基本结构；
[0031]单位弯矩图绘制模块，用于接收用户在所述交互操作区针对所述位移法基本结构
做出的n次施加结点单位位移操作，并基于所述n次施加结点单位位移操作生成n个不同单位力状态的单位弯矩图，将所述n个单位弯矩图分别显示在所述n+4个图形显示窗口中的不同的图形显示窗口中；
[0032]荷载弯矩图绘制模块，用于将所述原杆系结构承受的荷载作用在所述位移法基本结构上生成原荷载作用状态图，获取用户在所述交互操作区输入的第一绘图参数，基于所述原荷载作用状态图和所述第一绘图参数利用叠加原理生成荷载弯矩图；
[0033]结果弯矩图绘制模块，用于获取用户在所述交互操作区输入的第二绘图参数，基于所述原杆系结构和所述第二绘图参数利用叠加原理绘制所述原杆系结构的结果弯矩图；
[0034]作业批阅模块，用于记录用户在所述交互操作区实施的操作过程，对所述操作过程进行批阅，给出批阅结果。
[0035]优选地，所述交互操作区设置有题目选择控件，所述系统还包括：
[0036]题目选择模块，用于接收用户在所述题目选择控件上的选题操作，其中，所述选题操作用于在题库本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种杆系结构位移法计算的智能交互作业方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在人机交互界面加载并显示待解答题目的原杆系结构，其中，所述人机交互界面包括过程图形显示区和交互操作区，所述原杆系结构显示在所述过程图形显示区；获取用户在所述交互操作区输入的位移法自由度数值n，其中，n为正整数；基于所述位移法自由度数值n将所述过程图形显示区分割成n+4个图形显示窗口，并将所述原杆系结构和所述待解答题目的题干信息显示在其中一个所述图形显示窗口中；接收用户在所述交互操作区对所述原杆系结构做出的添加附加约束操作，并基于所述添加附加约束操作生成位移法基本结构；接收用户在所述交互操作区针对所述位移法基本结构做出的n次施加结点单位位移操作，并基于所述n次施加结点单位位移操作生成n个不同单位力状态的单位弯矩图，将所述n个单位弯矩图分别显示在所述n+4个图形显示窗口中的不同的图形显示窗口中；将所述原杆系结构承受的荷载作用在所述位移法基本结构上生成原荷载作用状态图，获取用户在所述交互操作区输入的第一绘图参数，基于所述原荷载作用状态图和所述第一绘图参数利用叠加原理生成荷载弯矩图；获取用户在所述交互操作区输入的第二绘图参数，基于所述原杆系结构和所述第二绘图参数利用叠加原理绘制所述原杆系结构的结果弯矩图；记录用户在所述交互操作区实施的操作过程，对所述操作过程进行批阅，给出批阅结果。2.根据权利要求1所述的杆系结构位移法计算的智能交互作业方法，其特征在于，所述交互操作区设置有题目选择控件，所述方法还包括：接收用户在所述题目选择控件上的选题操作，其中，所述选题操作用于在题库中选择所述待解答题目。3.根据权利要求1或2所述的杆系结构位移法计算的智能交互作业方法，其特征在于，所述对所述操作过程进行批阅，给出批阅结果包括：根据预设的判断规则对所述位移法自由度数值n、位移法基本结构、n个单位弯矩图、荷载弯矩图以及结果弯矩图的正确性与否进行判断，得到判断结果；基于所述判断结果按照预设的批阅模式生成批阅结果；将所述批阅结果以浮动窗口的方式显示在所述人机交互界面上。4.根据权利要求3所述的杆系结构位移法计算的智能交互作业方法，其特征在于，所述过程图形显示区的n+4个图形显示窗口按照待解答题目、位移法基本结构、第1-n个单位弯矩图、荷载弯矩图和结果弯矩图的顺序分别显示对应的图形内容。5.根据权利要求3所述的杆系结构位移法计算的智能交互作业方法，其特征在于，所述添加附加约束操作包括：以添加水平支杆、添加竖向支杆和添加转动约束之一或任意组合的方式在所述原杆系结构的结点位移处添加附加约束。6.一种杆系结构位移法计算的智能交互作业系统，其特征在于，所述系统包括：题目加载模块，用于在人机交互界面...

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