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基于虚构仪器的工程构造设计原理试验教授演示体系设计


徐明+李红兵+肖士者等

摘要:针对于工程构造设计原理试验教授特色及现状,将计算机技术与测试技术严密交融,自主设计基于虚构仪器的试验教授演示体系。以试验教授演示为目标,设计数据处置与界面显示程序,完成试验种别取舍、参数设置、图形实时显示、数据存储再现等功用。理论标明,该演示体系为发展工程构造设计原理试验教授提供了友爱而开放的平台,存在辽阔的利用远景。

要害词:工程构造设计原理;虚构仪器;演示体系 ;试验教授

中图分类号:G642423;TU318文献标记码:A文章编号:10052909(2015)06014105工程构造设计原理课程是土木工程专业的首要专业根底课,是一门实践性、教训性跟 理论性都很强的课程。它的概念原理及实践开展良多都是树立在试验根底上的,因而,工程构造设计原理试验是工程构造设计原理课程教授的一个首要组成局部。试验教授对于激起学员的翻新认识、拓展学员的翻新思维、增长学员的翻新技巧、修养学员的翻新品德方面的作用,是其余任何教授情势所没有能替换的[1]。通过工程构造设计原理试验,不只可以增强学员对于工程构造设计根本原理的懂得,对于建造工程构造的受力进程及立坏状态有愈加直观的意识,并且可以进步学员的理论着手才能,培育学员对于土木工程专业的兴致及研讨热忱[2-3]。

因为该课程理论性强,试验教授成为影响教授品质的首要环节。跟着本科教授试验投入的日益加大,传统的工程构造设计原理试验教授法子已没有能知足常识、才能、素质并重的新型工程设计人才的培育要求,工程构造设计原理试验教授改造火烧眉毛。

一、工程构造设计原理试验教授现状

东南大学工程构造设计原理试验经由2008年的教授改造,已经独破于工程构造设计原理课程而成为土木工程根底试验课程的一个首要组成局部。该试验课包含钢筋混凝土超筋梁跟 少筋梁的正截面受弯机能试验、钢筋混凝土斜截面斜压跟 斜拉立坏试验等4个演示试验,及钢筋混凝土适筋梁正截面受弯机能试验、钢筋混凝土梁斜截面抗剪机能试验、钢筋混凝土柱大偏心受压机能试验、钢筋混凝土柱小偏心受压机能试验、钢柱轴心受压失稳试验跟 砖砌体受压机能试验等6个实际操作试验。

以往工程构造设计原理试验中不论是演示试验,仍是实际操作试验,一切的试验数据均未采纳主动采集,这主要是为了锤炼学员的实际着手才能,学习各种仪器仪表的丈量法子。经由长期的教授理论,发觉这种方式虽然对于学员着手才能的锤炼是有利的,然而对于于演示试验却具有必定的缺陷。这主要表示为:(1)演示试验的主要目标是向学员展现根本构件的受力进程及立坏状态,让他们对于超筋梁跟 少筋梁的受弯立坏及斜截面斜压跟 斜拉立坏有直观的意识,着手才能的锤炼没有是主要目标。(2)传统试验数据采集方式在演示试验中向学员展现的仅是直观的试验数据(荷载、位移、应变等),然而不树立起这些数据之间的接洽,如:试验构件的荷载—位移关联、试验构件中钢筋的荷载—应变关联、试验构件的整体变形曲线、沿截面高度混凝土应变的散布情形等。这些试验数据的关联曲线须要学员在试验实现后,通过试验数据的整顿跟 剖析能力得到。(3)在演示试验中,须要树立的是试验试件的表观现象(裂痕、压碎等)与内在受力(拉应力、压应力等)之间的直接接洽,照实验构件涌现裂痕对于应着荷载—位移曲线涌现转机,液压千斤顶加载迟缓对于应着试验构件荷载—位移曲线上的屈从段及钢筋荷载—应变曲线的屈从段等。只有这样,能力让学员将试验进程中的试验现象与构件内在的受力形态严密地接洽起来,加深对于试验构件受力机理的意识。

基于虚构仪器技术的试验教授内容跟 法子的改造,把计算机技术与测试技术严密交融,是课程试验内容跟 教授法子改造的新道路[4]。自主研制的虚构仪器综合试验平台存在多功用、多用途、本钱低廉等特色,在投资很少的情形下完成试验环境古代化、规模化建设,同时为学员发展自主翻新试验提供友爱而开放的平台,存在辽阔的利用远景。

徐明,等基于虚构仪器的工程构造设计原理试验教授演示体系设计

二、体系硬件配置方案

依据该演示体系目的设定,须要采集的信号有位移信号、力信号跟 应变信号。位移信号的采集设备取舍YHD-50型位移传感器,其量程±50 mm,敏锐度系数K=2.0;力信号的采集设备选用应变式压力传感器,以全桥电路接入;应变信号的采集设备为应变片,以1/4桥电路接入。一切传感器都接入TST3826静态应变测试剖析仪,该剖析仪可完成40路单端模仿输入的信号采集,接入方式可取舍1/4桥(公共弥补、三线制)、半桥、全桥等方式,最高辨别率1με,供桥电压2V,采纳USB接口,即插即用,利便牢靠,其内置的Q-FAN温度节制体系,可以进一步减少温度对于丈量成果的影响。

三、基于LabVIEW的试验教授演示体系设计

(一) LabVIEW软件简介

LabVIEW是一种业界当先的产业尺度图形化编程工具,主要用于开发测试、丈量与节制体系。它是专门为工程师跟 迷信家设计的直观图形化编程言语。它将软件跟 各种没有同的丈量仪器硬件及计算机集成在一同,树立虚构仪器体系,以构成用户自定义的解决方案[5-7]。

(二)程序总体设计方案

工程构造设计原理试验教授演示体系的程序设计采纳模块化设计,以利便程序的调试跟 扩大改动,同时须要程序存在良好的操作机能,以下降学员运转程序时对于虚构仪器专业常识的要求;须要采纳图标控件或菜单完成人机对于话,以加强程序的操作简便性;须要存在必定的实验形态检测与程序诊断功用,便于提醒学员程序非畸形运转形态的起因。

基于上述准则,制订工程构造设计原理试验教授演示体系的程序功用流程图,如图1所示。该程序可以进行虚构试验跟 实测试验,虚构试验是为实测试验做铺垫,其一切试验数据均是依据实践计算公式计算得到。该试验主要作用是让学员在实际操作试验前,对于真实试验的整个进程有充足的了解,虚构试验也能够作为实践课老师课堂授课时演示使用。实测试验的一切试验数据均是通过压力传感器、位移传感器及应变片等传感器在真实试验进程中实时采集的,其主要作用是为了可以在试验进程中,实时处置数据,绘制图形,使学员能够实时把握试验构件名义现象与内在受力形态之间的关联。

(三)用户界面设计

软件界面主要分为演示体系主界面、试验参数设置区、实时试验数据显示区、实时试验成果图形显示区、数据存储再现区。

体系主界面用于依据本次试验目标取舍相应的试验种别,该演示体系能够进行下列虚构或实测试验:钢筋混凝土梁受弯机能试验(包含超筋、少筋、适筋)、钢筋混凝土梁受剪机能试验(斜拉、斜压、剪压)、钢筋混凝土柱偏心受压机能试验(大偏压与小偏压)、钢柱轴心受压机能试验及砌体抗压机能试验,如图2所示。同时用户能够在已有程序框架根底上,很容易开发出其它种别试验的演示体系。

试验参数设置区用于手工输入相应的试验构件尺寸、资料力学机能、配筋以及相干仪器参数等,以受弯梁试验为例,如图3所示。

实时试验数据显示区以直观的仪表情势,显示试验进程中通过各种传感器采集到的荷载、位移、应变等试验数据,如图4所示。

数据存储再现区用于将试验数据存档,并能依据历史文档从新绘制图形,利便学员课后自行整顿试验讲演。

(四)后盾程序设计

体系后盾程序设计包含数据采集模块、数据处置模块跟 图形显示模块。借助DAQ数据采集模式,疾速完成了多路混杂信号的同步采集,经分解后得到随光阴变化的数据阵列。后盾采纳“前提构造”跟 “事情构造”调用试验种别所对于应的子VI,开端试验局部的程序采纳“平铺式挨次构造”设计整个框架,事情按帧摆列,使用“前提构造”断定虚构试验或实测试验。针对于虚构试验,程序调用“公式节点”依据所设参数对于构件的荷载、变形、应变、受压区高度等进行实践计算,同时将计算成果输至试验成果图形实时显示界面;针对于实测试验,使用“调用库函数”节点对于静态应变测试剖析仪的动态链接库(.dll文件)进行调用,“.dll”文件提供了stdcall(WINAPI)格局的接口,使用“前提构造”断定“查找仪器”,找到则进行“真”的操作,不然继续等候下次查找,如图6所示。找到仪器后设置各传感器的敏锐度系数,而后开端采样,如图7所示。将采样成果按加载次第累加到一系列数组,而前面的数据坚持没有变,并传至试验成果图形显示界面实时显示,浮现随加载过程变化的曲线图,如图5。最后,后盾程序采纳前提构造断定能否导出数据,假如取舍是,程序依据所选文本文件地位翻开文件,并采纳“写入文本文件”子VI将本次一切参数以及一切试验成果写入该文本。写入完毕后,当点击“读取文件”命令时,后盾程序采纳“读取文本文件”子VI将该文件数据读入一系列数组中,并输至实时显示图形窗口,文件读写操作如图8所示。

实时试验成果图形显示区用于依据虚构或实测试验成果,将试验进程中重点关注的荷载、位移及应变等的关联曲线(梁变形图、沿截面高度混凝土应变散布、荷载—跨中位移、荷载—混凝土应变、荷载—钢筋应变等)实时显示出来,如图5所示。以钢筋混凝土受弯构件为例,学员能够依据沿截面高度混凝土应变散布图实时了解试验构件在受力进程中中跟 轴的变化情形,通过荷载—钢筋应变图实时了解梁内受拉主筋的屈从情形,通过荷载—跨中位移曲线实时了解试验构件开裂及屈从情形,从而与学员在演示试验中察看到的受弯构件的表观状态对于应起来,加深对于钢筋混凝土受弯构件受力机理的意识。

四、结语

依据实践课老师跟 学员的信息反馈来看,上述法子跟 办法在工程构造设计原理试验课程教授改造中的利用,使学员对于各项常识点的懂得跟 利用才能有了很大的进步。通过教改切实进步了学员试验学习的兴致,激起了学员学习工程构造设计原理课程的踊跃性、自动性跟 发明性,不只使学员深化懂得跟 把握了工程构造设计原理的根本实践常识,并且着力培育了学员通过试验研讨的法子解决实际工程问题及发展迷信研讨的才能。

参考文献:

[1]郑家茂,熊宏齐,等. 开放翻新——试验教授新模式[M]. 北京:高等教育出版社,2009.

[2]徐明,宗周红,肖士者,邱洪兴,吴京. 土木工程本科试验教授翻新平台建设[J]. 高等建造教育,2013(2):114-116.

[3]徐明,宗周红. 中美土木工程本科翻新试验教授系统比照剖析[J]. 试验室研讨与摸索,2011(11):73-76.

[4]左虹,殷艳树,马丽霞. 基于LabVIEW的综合试验教授平台研制[J]. 教授研讨,2008,31(1):75-77.

[5]尤丽华,周洋. 基于虚构仪器的测试技术试验教授体系树立[J]. 试验技术与治理,2011,28(2):83-86.

[6]申彦春,周浩淼,姚明林. 虚构仪器在试验教授中的利用[J]. 仪器仪表与剖析监测,2008(1):22-24.

[7]洪焕凤,林明星. 基于虚构仪器的试验教授[J]. 试验室研讨与摸索,2005,24(12):84-86.

Design of experimental teaching demonstration system for the principle of

engineering structural design based on the virtual instrument

XU Ming, LI Hongbing, XIAO Shizhe, ZONG Zhouhong

(College of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, P. R. China)

Abstract: According to the characteristics and situation of the principl圆柱模板e of engineering structure design, experimental teaching demonstration system was designed independently based on the virtual instrument, which combined computer technology with testing technology closely. The data processing and interface display program for the experimental teaching demonstration had functions of experiment types selection, parameter setting, graphics realtime display, and data storage and reproduction. Practice result shows that the demo system provides a friendly and open platform for students to carry out the engineering structure experiments, which has a broad application prospect.

Keywords: principle of engineering structure design; virtual instrument; demonstration system; experimental teaching

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