實(shí)驗(yàn)力學(xué)三維虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
實(shí)驗(yàn)力學(xué)是理論、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的力學(xué)研究的三大支柱之一。它是應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的基本理論，結(jié)合力學(xué)的理論通過數(shù)學(xué)工具的推演，以實(shí)驗(yàn)為手段去研究結(jié)構(gòu)物中的位移、應(yīng)變和應(yīng)力等力學(xué)量的一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。實(shí)驗(yàn)力學(xué)的主要分支包括電測(cè)力學(xué)和光測(cè)力學(xué)。電測(cè)力學(xué)簡(jiǎn)稱電測(cè)法，又稱為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)，作為實(shí)驗(yàn)力學(xué)的一個(gè)重要分支，是應(yīng)用極為普遍的基本測(cè)試技術(shù)。經(jīng)典的光測(cè)彈性力學(xué)和現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)以及光學(xué)干涉條紋地測(cè)量，它們共同的特點(diǎn)是光學(xué)干涉條紋的處理技術(shù)在力學(xué)方面的研究和應(yīng)用。
本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件可滿足以下主要功能：
本系統(tǒng)在網(wǎng)上開展虛擬實(shí)驗(yàn)課程，課程模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；B/S結(jié)構(gòu)，支持網(wǎng)頁(yè)界面操作方式，軟件首頁(yè)支持學(xué)生、課程教師、教務(wù)管理員、系統(tǒng)管理員使用不同的身份登錄軟件；不同的身份具有不同的操作權(quán)限；提供系統(tǒng)管理功能，包括用戶、分組、角色、權(quán)限、日志管理等；支持完整的教學(xué)過程管理功能，包括開課管理、實(shí)驗(yàn)的開課管理、典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的批改、實(shí)驗(yàn)成績(jī)統(tǒng)計(jì)查詢等功能；同時(shí)可以和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)無(wú)縫集成；
為保證軟件的交互性和擴(kuò)展性，本軟件采用國(guó)際領(lǐng)先的Unity3D引擎開發(fā)而成，且插件在近1年內(nèi)有更新版本，并可支持后續(xù)的優(yōu)化升級(jí)。軟件交互性良好，用戶在場(chǎng)景中，通過鼠標(biāo)、鍵盤的交互，實(shí)現(xiàn)在場(chǎng)景中走動(dòng)，通過視角旋轉(zhuǎn)、拉近觀察場(chǎng)景元素中的細(xì)節(jié)，支持用戶從任意視角、任意距離觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
提供實(shí)驗(yàn)器材欄，器材欄在實(shí)驗(yàn)過程中，用戶可以隨時(shí)選擇收起和展開，同時(shí)也可以將器材欄拖動(dòng)到任意位置；軟件提供視圖選擇功能，便于用戶快速切換到對(duì)應(yīng)視角進(jìn)行操作或觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；軟件采用虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)時(shí)渲染處理，畫面精美，同時(shí)提供操作幫助，言簡(jiǎn)意賅描述實(shí)驗(yàn)如何開展。
該軟件支持典型實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)8個(gè)；
1) 平面偏振光場(chǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)
2) 圓偏振光場(chǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)
3) 工字梁彎曲虛擬實(shí)驗(yàn)
4) 高速攝像機(jī)碰撞虛擬實(shí)驗(yàn)
5) 電阻應(yīng)變計(jì)粘貼作業(yè)流程虛擬實(shí)驗(yàn)
6) 壓痕法測(cè)量材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)
7) 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)操作規(guī)程虛擬實(shí)驗(yàn)
8) 應(yīng)變片在電橋中接線實(shí)驗(yàn)
（1）平面偏振光場(chǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了平面偏振光場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的完整實(shí)驗(yàn)流程，通過加載砝碼，觀察條紋干涉現(xiàn)象。
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圖1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景
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圖2 旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，觀察十字等傾線
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圖3 加載砝碼，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
（2）圓偏振光場(chǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了圓偏振光場(chǎng)的完整實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)中通過放入玻片，增加砝碼來(lái)達(dá)到了解產(chǎn)生和檢驗(yàn)偏振光的原理和方法的目的。
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圖4 放入1/4波片
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圖5 加載砝碼，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
（3）工字梁彎曲虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了工字梁彎曲實(shí)驗(yàn)的完整實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)中提供對(duì)稱工字梁和非對(duì)稱工字梁測(cè)量，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄加載，讀取應(yīng)變儀讀數(shù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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圖6 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景
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圖7 轉(zhuǎn)動(dòng)手柄
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圖8 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
（4）高速攝像機(jī)碰撞虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了高速攝像機(jī)碰撞實(shí)驗(yàn)的完整實(shí)驗(yàn)流程，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過調(diào)整高速攝像機(jī)及軟件操作，得出不同參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
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圖9 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景
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圖10 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
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圖11 實(shí)驗(yàn)曲線
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圖12 實(shí)驗(yàn)儀器
（5）電阻應(yīng)變計(jì)粘貼作業(yè)流程虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了電阻應(yīng)變計(jì)粘貼作業(yè)的完整實(shí)驗(yàn)流程，包括：應(yīng)變計(jì)選擇、膠黏劑選擇、打磨、表面清洗、畫定位線、應(yīng)變計(jì)清洗、應(yīng)變計(jì)粘貼、固化和貼片質(zhì)量檢查。實(shí)驗(yàn)中伴有智能指導(dǎo)可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。
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圖13 應(yīng)變計(jì)選擇
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圖14 智能指導(dǎo)
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圖15 試件打磨
（6）壓痕法測(cè)量材料力學(xué)性能虛擬實(shí)驗(yàn)
該虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了壓痕實(shí)驗(yàn)完整的實(shí)驗(yàn)流程，通過添加墊塊，維氏壓頭靠近被測(cè)試件，進(jìn)行AIS3000軟件檢測(cè)，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線。
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圖16 壓痕實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景
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圖17 壓痕實(shí)驗(yàn)曲線
（7）萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)操作規(guī)程虛擬實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中以三維動(dòng)畫的形式介紹電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及關(guān)鍵零部件認(rèn)知；實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)介紹了電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)操作規(guī)程，包括：開機(jī)檢測(cè)過程、預(yù)熱過程、夾持試驗(yàn)、安裝其他輔助設(shè)備等過程；實(shí)驗(yàn)中以文字面板、操作提示形式對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
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圖18 關(guān)鍵零部件認(rèn)知
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圖19 開機(jī)檢測(cè)過程
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圖20 夾持試樣
（8）應(yīng)變片在電橋中接線實(shí)驗(yàn)
該虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了應(yīng)變片在電橋中接線實(shí)驗(yàn)完整的實(shí)驗(yàn)流程，通過改變橋路連接，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)掌握電橋的加減特性和應(yīng)變儀的各種接橋方法；了解應(yīng)變傳感器的基本原理；熟悉應(yīng)變儀的使用方法。
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圖21 選擇橋路進(jìn)行連接
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圖22 1/4橋記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
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圖23 重新接線第六種方式
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圖24 記錄本加載記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
系統(tǒng)服務(wù)器端用戶分為學(xué)生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員四種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。
學(xué)生：選課、選擇實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)、接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存和提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查詢實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語(yǔ)。
教師：典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)維護(hù)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、系統(tǒng)指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語(yǔ)。
教務(wù)管理員：課程計(jì)劃、開課計(jì)劃、選課日期設(shè)置、開課審核、開課查詢。
系統(tǒng)管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)等。
性能指標(biāo)
支持同時(shí)在線用戶數(shù)1萬(wàn)人以上，經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不限終端用戶數(shù)，完全能滿足日常教學(xué)使用。
服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)：Windows Server ，Linux/Unix Server
Web服務(wù)器：Tomcat6.0，JDK6.0
數(shù)據(jù)庫(kù)：MySQL
客戶端運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)： All Windows系列
相關(guān)信息：
研制單位：北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
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