基于Matlab的虚拟仿真力学实验研究开题报告

1. 研究目的与意义

matlab是一种基于矩阵运算、具有强大的数值运算和数据处理功能的高级编程语言，广泛应用于信号分析、语音分析、优化设计等领域，matlab具有用法简单、灵活、程式结构性强、延展性好等优点,在复杂算法方面表现出其他语言难以比拟的优势，已经逐渐成为科技计算、视图交互系统和程序中的首选语言工具。

国内外研究现状：matlab目前主要用来进行以下各种工作：数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术、数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程、管理与调度优化计算（运筹学）。matlab 应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用matlab函数集）扩展了matlab环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

本课题研究的目的是利用matlab本身所具有的开放式体系结构，完成数个基于matlab的虚拟仿真力学实验研究。研究意义在于将仿真工具软件matlab与几个经典力学试验结合，使其更加可视化，方便计算，易于理解，同时实现matlab作为软件部件的可重用性。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：在力学课程中有许多教学实验，一般需要在实验室进行实际操作。某些力学教学实验可以通过计算机仿真的方式在电脑上进行演示，Matlab是目前较好的程序设计语言，可以利用它来实现力学教学实验的虚拟仿真。具体研究内容为首先学习Matlab语言的基础知识，然后完成若干个力学教学实验的虚拟仿真。

预期目标：使用Matlab完成理论力学，振动力学其中四个力学实验的虚拟仿真。例如单自由度系统的自由振动和强迫振动。使其在教学力学实验与Matlab编程语言相结合中具备一定的可用性。

3. 研究的方法与步骤

1. 确定研究对象，根据已知条件和约束类型，分析受力情况画出受力图，建立坐标系。
2. 应用力学原理，充分利用MATLAB中矢量，矩阵，线性方程等数学工具将力学模型描绘出来。
3. 用向量或矩阵的形式将各个力表示，进行向量相加，向量点乘和叉乘。
4. 将复杂的线性方程用矩阵表示，选用直接法和迭代法求解，直接法分为运算符求解和矩阵分解求解。
5. 使用Matlab中的各种函数用行命令方式或M文件方式对模型进行求解。最后得出诸如运动轨迹等图像。

4. 参考文献

[1]贺超英编著,matlab应用与实验教程,电子工业出版社,2010

[2]陈奋策著,matlab在物理实验中的应用,厦门大学出版社,2009

[3]彭芳麟等,理论力学计算机模拟,北京：清华大学出版社,2002

5. 计划与进度安排

（1）：第1-3周（3月1日-3月21日)：毕业实习，提交相关资料

（2）：第4周（3月22日-3月28日）：文献检索，提交开题报告（3）：第5-6周（3月29日-4月11日）： 论文研究，提交外文翻译初稿（4）：第7-12周（4月12日-5月23日）：论文研究，提交论文初稿（5）：第13周（5月24日-5月30日）：论文修改，提交论文终稿和译文终稿（6）：第14周（5月31日-6月6日）：答辩报告准备（PPT形式）（7）：第15周（6月7日-6月13日）：毕业论文答辩