材料力学可视化教学系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

Matlab是一种以线性代数软件为基础发展起来的科学计算软件，同时，它还代表着一种数据可视化的开放型高级编程语言。它的优点是：使用简单、界面友好、结果直观。图形用户界面简称为GUI(Graphic User Interface)，是由窗口、光标、按键、菜单、文字等图形控制对象构成的用户视窗，图形控制对象有其对应的回调函数，利用这些界面和设计的回调函数，用户可以很轻松地和计算机之间进行信息交流，完成某项功能。这种可见即可得的特性，尤其在图形绘制等方面具有很好的应用。

2. 国内外研究现状分析

1华东理工大学的李彤老师在基于Matlab的材料力学图形用户界面系统开发一文中认为利用Matlab的GUI功能，开发出了一个材料力学图形用户界面系统。该图形用户界面系统能方便快捷地处理材料力学静定梁的内力计算问题，并同时绘制6种静定梁相应的剪力图，弯矩图，转角图和挠度图。列举了简支梁，悬臂梁，和外伸梁3种梁的计算可视化结果。在界面设计这方面，他阐述了编程的基本原理，设计了图形用户界面流程以及确定图形用户界面的结构模块所需的空间并设置属性。此外还讲诉了图形用户界面GUI结构模块的制作和图形用户界面功能模块之回调函数的编制。

2哈尔滨工程大学的周博老师在基于Matlab的材料力学电算法一文中认为应用科学计算语言Matlab.对材料力学的某些问题提出了电算法。该文阐述了复杂载荷作用下梁内弯矩的计算。包括基本方法和模型的建立，计算机分析的实现过程。同时还讲了拉弯组合变形构件的截面设计和复杂应力状态的分析。

3河海大学土木工程系的吴威皋老师在Matlab在材料力学教学中的应用一文中分析了在【材料力学】课程中引进Matlab辅助教学的意义，介绍了Matlab软件的特点。应用举例了梁的内力图，挠线图的绘制。其中包括数学模型的建立，Matlab的编程和复杂应力状态的分析。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

材料力学可视化教学系统包括：静定梁的内力图和位移图，平面图形几何性质计算，应力状态分析，超静定问题的求解，压杆稳定计算。界面由一个主界面和5个子界面组成。每个子界面由数据输入面板，结果显示面板，计算按钮和退出按钮所组成。使用时，由主界面进入相应子界面，从数据输入面板输入有关数据，之后，按计算按钮进行计算。计算结果将出现在结果显示面板上，最后退出。

计划：

4. 研究创新点

利用MATLAB绘制剪力图，弯矩图，梁内力图和位移图及求解超静定问题，计算压杆稳定和应力状态的分析。

证明了MATLAB课利用其强大的计算和绘图能力在材料力学教学中发挥巨大作用，使学生摆脱复杂的计算问题，进而提高学习效率。