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1、第26卷第1期高师理科学刊Vol.26No.12006年2月JournalofScienceofTeachers′CollegeandUniversityFeb.2006文章编号:1007-9831(2006)01-0086-03基于Matlab的振动教学实验软件史厚强(陕西理工学院,陕西汉中723003)摘要:分析了原有振动实验教学的不足,介绍了一种基于Matlab的振动实验软件.详尽介绍了软件的功能,阐述了软件制作的理念和设计方法.关键词:Matlab;振动;实验中图分类号:TP15∶TP312文献标识码:A0引言机械振动测试是在工程中使用广泛的实验工作,在多门课程里
2、都设置了相关的实验内容.但是,由于课时的压缩和近年来教学资源的紧张,学生在实验室的时间有限,学生需要花费大量的时间去学习实验设备的功能和使用方法,而且机械振动实验需要的实验仪器多,实验经费投入大,每套设备约3～4万元,影响了实验的开出.为解决这个问题,我们设想用计算机模拟测试实验,把实验的有关内容都包含在模拟软件里,学生可以随时在这个软件中任意选择有关的实验内容,可以反复地浏览和查阅学习.从实验理论的预习,到实验目的、步骤、原理、方法及实验操作和连接的熟悉等,不受时间和人数的限制,投资小,可反复使用,不用担心实验设备的损坏.这个模拟软件使用简单方便,不必花费时间去了解时间
3、仪器设备面板上开关、旋钮使用方法,可以把主要精力用于理论分析和理解实验参数变化引起的实验结果及原因.1实验教学软件的设计1.1总体设计机械振动的计算和测量较复杂,并需要绘制各种曲线.为了满足计算和图形化的要求,用Matlab作为编制程序的主要工具,它具有超强的计算能力和很好的可视化功能,而且编程比较简单,与其他环境连接较容易.Matlab主要设计包括振动曲线的模拟和典型振动现象振动模型的模拟.用VB主要设计包括机械振动系统的界面设计,机械振动实验的演示,用word做文字和图片的处理及机械振动实验内容的编辑与打印.1.2软件的结构软件共分两大模块(见图1),一是基础篇,主要
4、介绍机械振动的有关理论知识、机械振动的形式和简化模型,以及计算方法和典型振动的演示.其中有:机械振动简介,主要对理论力学中机械振动作了一个大概的论述;机械振动形式,主要对理论力学中单自由度系统机械振动的4种形式(无阻尼自由振动、有阻尼自由振动、无阻尼受迫振动、有阻尼受迫振动),配合以其作了一个比较详细的简介,用户可以通过点击“显示图形”来访问其各自的振动曲线;典型振动现象———隔振,主要对典型振动“共振”进行了简单的简介演示,让人观察现实生活中共振的巨大破坏能力.主要演示了减弱振动的方法———隔振.其中配以了利用Matlab所绘出的振动曲线,以便用户能方便的进行分析参考.
5、二是实验篇模块,在这里共分5个实验:收稿日期:2005-10-07基金项目:陕西理工学院教改项目(YJG0433)作者简介:史厚强(1956-),男,山东成武人,高级工程师,主要从事工程力学实验教学和研究.©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第1期史厚强:基于Mat1ab的振动教学实验软件87实验1,自由衰减振动阻尼参数的测定(1);实验2,自由衰减振动阻尼参数的测定(2);实验3,单自由度系统模型参数和固有频率的测定;实验
6、4,强迫振动系统模型参数和固有频率的测定;实验5,幅频曲线的测定.每个实验下又分实验内容、实验装置、实验参数输入、实验图形分析、实验报告编辑打印.测试实验模拟软件主界面共分5个下拉菜单,用户可快捷方便地选择所需要的内容(见图2).2实验模拟软件功能和特点2.1实验参数可人为变化为加深对实验及理论内容的理解,提高分析问题的能力,在实验内容中专门设置了实验参数的输入.改变输入的参数而得到的实验结果,绘出的实验曲线不同,通过比较分析不同的实验结果(见图3),可以总结有益的结论.找到实验结果变化的原因,培养学生分析和归纳问题的能力.2.2拓宽知识面在这个软件中不仅设计了机械振动的
7、典型实验,而且选择了部分开阔视野、增加兴趣的内容.如共振的电影、防振、隔振.还有弹簧摆、滑动摆等部分内容,增加学生学习的兴趣.图3不同参数下的实验曲线对比图4基础篇无阻尼自由振动2.3实验报告的编辑和打印在基础篇里可以做理论预习,理解机械振动方面基本知识、数学方程的推导、数学模型的建立、振动的简化模型以及实验原理.到实验篇可以学习实验的具体内容,了解实验装置原理和操作方法,以及实验装置的联接.介绍实验中参数的输入和形分析方法.然后在下拉菜单中选择需要进行的实验,最后在软件链接的word环境下,把实验中得到的实验图形和实验结果,
