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項目名稱 | 力學專業(yè)虛擬實驗系統(tǒng) | 項目編號 **** |
公告開始日期 | 2024-04-13 10:31:52 | 公告截止日期 2024-04-16 12:00:00 |
采購單位 | **** | 付款方式 |
聯(lián)系人 | 聯(lián)系電話 |
簽約時間要求 | 到貨時間要求 簽約后180個工作日內(nèi) |
預算總價 | ￥273000.00 |
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收貨地址 | **** |
供應商資質(zhì)要求 | 符合《政府采購法》第二十二條規(guī)定的供應商基本條件 |
公告說明 |
采購商品 采購數(shù)量 計量單位 所屬分類
| 力學專業(yè)虛擬實驗系統(tǒng) | 1 | 套 | 其他計算機軟件 |
品牌 |
型號 |
預算單價 | ￥ 273000.00 |
技術(shù)參數(shù)及配置要求 | 力學專業(yè)虛擬實驗系統(tǒng)需求 力學專業(yè)虛擬實驗系統(tǒng)針對力學專業(yè)課程設(shè)計開發(fā)的虛擬仿真實驗軟件，主要用于課前預習、課上講解、課后練習等環(huán)節(jié)。根據(jù)****教學大綱進行設(shè)計，采用虛擬仿真技術(shù)，分8個實驗場景，包含16個虛擬仿真實驗項目： 1流速測定實驗； 2流量與流量系數(shù)實驗； 3伯努利方程實驗； 4管路阻力實驗； 5雷諾實驗； 6動量方程實驗 7煙氣流線實驗 8流線演示實驗 9光彈三點彎曲梁等差線及等傾線實驗； 10對徑受壓圓盤實驗； 11孔板拉伸實驗； 12彈性模量和泊松比測試實驗； 13動態(tài)多點應變測量實驗； 14對稱超靜**構(gòu)應變測定實驗 15位移傳感器的標定 16動態(tài)信號的采集和FFT等各種圖譜分析 一、開發(fā)環(huán)境： 利用unity3d等三維虛擬現(xiàn)實平臺進行設(shè)計開發(fā)，按照本校相關(guān)實驗項目相關(guān)儀器設(shè)備1:1比例，精細還原外觀、結(jié)構(gòu)和工作原理，****實驗室的環(huán)境布局、照明、聲音等細節(jié)場景設(shè)計，****實驗室一致的環(huán)境。 系統(tǒng)內(nèi)場景自適應全屏及顯示分辨率，并可根據(jù)特定顯示設(shè)備自定義分辨率。三維場景漫游，全方位、無拘束的觀察與行動自由度。渲染技術(shù)要求在中端硬件平臺上保證場景以每秒至少60幀的速度平滑渲染輸出，而在相對較低端的硬件配置條件下，也能維持每秒30幀以上的流暢播放速率。 二、運行環(huán)境 1）單機版：可獨立運行在筆記本、臺式機上，支持操作系統(tǒng)winXP、win7、win8、win10、win11等?？梢园l(fā)布成web版本。 2）移動版：可以獨立運行在手機等移動端，支持安卓、iOS、Harmony OS等主流系統(tǒng)，app文件大小限制在100MB以下，盡量減少調(diào)用不必要應用隱私權(quán)限。 三、交互設(shè)計要求 通過鼠標、鍵盤、觸屏等均可操作實現(xiàn)模擬實驗。采用三維互動、漫游、動畫以及同平面元素結(jié)合構(gòu)建虛擬仿真實驗內(nèi)容。系統(tǒng)具有碰撞檢測功能?？蓪崿F(xiàn)多參數(shù)調(diào)節(jié)、非線性實時處理操作。例如，調(diào)整翼形沖角觀察煙氣流線變化、操作閥門控制流速、調(diào)整砝碼觀察射流對水箱的反作用力等。系統(tǒng)對用戶操作的反饋實時、精確，確保實驗過程的逼真度。 四、數(shù)據(jù)采集與分析： 虛擬實驗過程中，動態(tài)顯示和采集數(shù)據(jù)，可自動和手動記錄實驗數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)分析工具。用戶可以實時查看數(shù)據(jù)圖表，可實現(xiàn)如FFT等功能，計算彈性模量、泊松比等參數(shù)，與理論預期進行對比，生成實驗報告。 五、系統(tǒng)安全設(shè)計 有軟硬結(jié)合的加密方案，消除軟件意外擴散的風險。 升級最新版的開發(fā)平臺，消除系統(tǒng)漏洞風險。具備一定的異常檢測能力，具有減少病毒的侵害和惡意修改能力。 軟件系統(tǒng)只保留存儲等必要權(quán)限，減少對用戶隱私數(shù)據(jù)的讀取，無修改和攻擊其他軟件、系統(tǒng)的行為。 六、其它要求 版權(quán)：軟件著作權(quán)及版權(quán)歸****所有 服務：五年免費維護，終身免費升級，有本地維修服務機構(gòu)，電話支持7x24小時應答，報修24小時內(nèi)現(xiàn)場維護。 成交前向用戶提供3個產(chǎn)品小樣演示操作。 七、實驗項目內(nèi)容設(shè)計 每個實驗項目包含下列功能 ****實驗室場景，通過鼠標或鍵盤（移動端通過觸屏等方式）自如控制視角移動，****實驗室內(nèi)部自由漫步，全方位、****實驗室的布局、設(shè)施及環(huán)境。實驗內(nèi)容應包括： 1實驗名稱 2登錄信息：（單位（班級），編號（學號），姓名 3實驗目的 4實驗設(shè)備（三維展示及簡介，呈現(xiàn)儀器的高清特寫，細節(jié)展現(xiàn)其零部件結(jié)構(gòu)組成，工作原理。） 5實驗原理 6實驗步驟（與本校實操實驗相同） 7數(shù)據(jù)記錄 8數(shù)據(jù)分析 9實驗報告（表單包含登錄信息，實驗數(shù)據(jù)處理，思考題等內(nèi)容） 注：軟件操作中，隨機2次驗證登錄信息，每個操作步驟的界面包括幫助提示信息，上一步、下一步、返回主界面等功能。 項目具體要求 1、流速測定實驗 本系統(tǒng)集成皮托管的流速測定仿真實驗模塊，基于仿真實驗流程，依據(jù)仿真實驗裝置計算模型模擬，系統(tǒng)可測定左、右側(cè)壓管液面高度差△h，沿流線列伯努利方程可得u=√(2g ((P_B-P))/γ)，將式中((P_B-P))/γ代換為△h；引入流速系數(shù)=1.0，依據(jù)式u=√2gΔh，系統(tǒng)可計算出流速u。 具體實驗操作步驟 1. 關(guān)閉上水管和各實驗管的進水閥門，打開流速、流量實驗管的出水閥門。 2. 接通電源，水泵工作。 3. 緩緩打開上水管閥門和實驗管進水閥門，調(diào)節(jié)流量，保證實驗管中水流充足。 4. 將進水閥門調(diào)整至適當開度，待水流平穩(wěn)，，排除導壓管中的氣體測出測壓管的液面高度。 5. 調(diào)節(jié)閥門開度，在不同流速時分別進行測量，并將數(shù)據(jù)記錄于表中。 實驗中可以呈現(xiàn)液體的流動，重點模擬皮托管中液體的流動，模擬改變閥門的開路的大小，管路中液體在管路升降高低的過程。 2流量與流量系數(shù)實驗 本系統(tǒng)集成流量和流量系數(shù)測定仿真實驗模塊，基于仿真實驗流程，系統(tǒng)可設(shè)定文丘里流量計、孔板流量計的直徑d1,d2，假定是無粘性流體在此管中做定常流動。取仿真實驗裝置過水斷面1-1和2-2，并對其列伯努利方程：z_1+P_1/γ+(v_1^2)/2g=z_2+P_2/γ+(v_2^2)/2g，由連續(xù)方程得v=v(d/d)2，代入伯努利方程得ν_1=C√Δh，其中C=√2g/√((d_1^4)/(d_2^4 )-1)，從而可得理論流量公式為：Q=v_1 A_1=(πd_1^2)/4 C√h=K√Δh，其中K=(πd_1^2)/4 √2g/√(((d_1^4)/(d_2^4 )-1))；根據(jù)以上公式，系統(tǒng)可計算流出量系數(shù)=Q/Q。 具體實驗操作步驟 1. 關(guān)閉上水管和各實驗管的進水閥門，打開流速、流量實驗管的出水閥門。 2. 接通電源，水泵工作。 3. 緩緩打開上水管閥門和實驗管進水閥門，調(diào)節(jié)流量，保證實驗管中水流充足。 4. 將進水閥門調(diào)整至適當開度，待水流平穩(wěn)，排除導壓管中的氣體測出測壓管的液面高度。 5. 利用秒表和計量水箱測出流體的實際流量。 6. 調(diào)節(jié)閥門，在不同流速時分別進行測量，并將數(shù)據(jù)記錄于表中。 實驗中可以呈現(xiàn)液體的流動，重點模擬文丘里與孔板流量計中液體的流動，體現(xiàn)出文丘里與孔板流量計中液體流速的差異，模擬改變閥門的開路的大小，管路中液體在管路升降高低的過程。 3伯努利方程實驗 本系統(tǒng)集成伯努利方程實驗仿真實驗模塊，基于仿真實驗流程，設(shè)計仿真實驗裝置，其中實驗管路在截面I、III、IV尺寸相同，截面II處管路直徑增加；在截面I、II、III處測試點位置高度一致，截面IV處高度降低。在不同流速時，可設(shè)置測壓管的液面高度，同時獲得位置水頭z、壓強水頭P/γ、速度水頭v2/2g，驗證伯努利方程z_1+P_1/γ+(v_1^2)/2g=z_2+P_2/γ+(v_2^2)/2g+h_1。根據(jù)連續(xù)方程vA=vA=vA=vA=Q，系統(tǒng)可計算計算實際流量、總能量及能量損失。 具體實驗操作步驟 1. 接通電源，使水泵工作，將上水箱充滿水，并保持較小溢流。 2. 緩緩開啟實驗管出水閥門，使水流動，并排出氣泡。 3. 調(diào)整好閥門開度，使水流穩(wěn)定。 4. 在不同流速時，分別測量個測壓管的液面高度，并記錄在表7.1中。 5. 觀察實驗現(xiàn)象，比較各測壓管的液面高度，分析其變化和能量變化。 6. 用計量水箱和秒表，測量實際流量，并記錄于表7.2中。 7. 切斷電源，清理現(xiàn)場。 實驗中可以呈現(xiàn)液體的流動，重點模擬I、II 、III、IV處截面液體的流動的差異，，模擬改變閥門的開路的大小，管路中液體在管路升降高低的過程。 4管路阻力實驗 本系統(tǒng)集成伯努利方程仿真實驗模塊，基于仿真實驗流程，系統(tǒng)可計算沿程損失以及局部損失。沿程損失一般公式為h_f=(λlv^2)/2dg，得阻力系數(shù)λ=2gd/(lv^2 ) Δh_f=(gπ^2 d^5)/(8lQ^2 ) Δh_f，記錄測壓管液柱水頭損失Δh_f，水量Q，時間t，體積流量Q/t,平均流速v，計算得阻力系數(shù)λ。局部損失通用計算公式為Δh_f= v^2/2g，對于圓形管道，局部阻力系數(shù)為=2g/v^2 Δh_f=(gπ^2 d^4)/(8Q^2 ) h_f，計算方法與沿程阻力系數(shù)相同。通過以上公式，系統(tǒng)可計算λ以及值。 具體實驗操作步驟 1. 關(guān)閉實驗臺的上水閥門和各實驗管進、出水閥門。 2. 接通電源，水泵工作，緩緩打開上水閥門并調(diào)整至合適開度。 3. 按照實驗順序分別打開相應實驗管的控制閥門，并調(diào)整開度，使水流平穩(wěn)。 4. 調(diào)整流量，按照從小到大的順序逐次測試，記錄相應測壓管液柱高度和體積流量。 5. 檢查記錄，整理數(shù)據(jù)；切斷電源，清理現(xiàn)場。 注意： 1. 對各實驗管上的測試要逐一進行，同時一定要關(guān)閉其他實驗管的進、出水閥門。 2. 實驗過程中，進水閥門的開啟一定要緩慢，否則紊流狀態(tài)提前出現(xiàn)，影響實驗結(jié)果。 實驗中可以呈現(xiàn)液體的流動，重點模擬沿程阻力、閥門阻力液體在管路中升降高低的差異，模擬改變閥門的開路的大小，管路中液體在管路升降高低的過程。 5雷諾實驗 本系統(tǒng)集成雷諾仿真模型計算模塊，基于仿真實驗流程，本系統(tǒng)通過內(nèi)置模型計算數(shù)值方法求解雷諾平均Navier-Stokes方程組，可以分析各種流動情況，如湍流、層流和過渡流動。當流速較低時，流體層作彼此平行且不互相混雜的層流運動；當流速逐漸增大到一定值時，流體運動便成為互相混雜、穿插的紊流運動。流速越大，紊亂程度也越強烈。設(shè)置反向?qū)嶒灧绞较葘⒖刂崎y門開啟得很大，使流體以高速在實驗管中流動，然后慢慢將控制閥門關(guān)小，使流體以低速、更低速在實驗管中流動。這時可看到以下現(xiàn)象：在高速流動時流體作紊流運動； 當流速慢慢降低到一定值時，流體便作彼此不互相混雜的層流運動；如果速度再降低，層流運動狀態(tài)也更加穩(wěn)定。系統(tǒng)可設(shè)定水溫，依據(jù)經(jīng)驗公式ν=0.0178/(1+0.0337t+0.000221t^2 )計算水的運動粘度v，并依據(jù)Re=vd/ν，系統(tǒng)可自動計算雷諾系數(shù)。 具體實驗操作步驟 1. 打開上水管閥門，關(guān)閉雷諾實驗管和伯努利方程實驗管的出水閥門，接通電源，水泵工作。 2. 上水箱充滿水后調(diào)整進水閥門，使之保持較小溢流。 3. 緩緩打開實驗管出水閥門，使水流流動，并保持較小的穩(wěn)定流量。同時上水箱必須保持有較小溢流，以保證水頭恒定。 4. 將墨水管出口調(diào)整至實驗管軸心處，打開墨水控制閥門，并調(diào)整流速使其與管中水流相同。 5. 全開出水閥門，在逐漸關(guān)閉，直至管中水流達到層流狀態(tài)后，按照流速從小到大，再從大到小的順序各進行一組實驗，每組取六個流速點。 6. 測量水溫，并將實驗數(shù)據(jù)記錄于表6.1中。 7. 觀察層流狀態(tài)時，水流流速的拋物線形狀分布。 實驗中可以呈現(xiàn)液體的流動，重點墨水在管路中的流動過程，分別模擬墨水在管路中由層流狀態(tài)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)的過程以及模擬墨水在管路中由紊流狀態(tài)變?yōu)閷恿鳡顟B(tài)的過程，分別測定上雷諾數(shù)和下雷諾數(shù)。 6動量方程實驗 本系統(tǒng)集成雷諾實驗仿真實驗模塊，基于仿真實驗流程，本系統(tǒng)通過計算射流對水箱的反作用力以及射流對平板的作用力兩種方式，驗證恒定流動量方程。這兩種方式可模擬射流流入水箱、平板時水箱、平板所受到的反作用力。 系統(tǒng)可計算射流對水箱的反作用力，由動量方程計算其理論值，通過測定其對轉(zhuǎn)軸的力矩得到實測值。即∑F=R=ρQ(av-av)，式中R為水箱對射流的作用力；ρ為水的密度;Q為射流流量;a、a動量修正系數(shù),取1;v為水箱水面的平均流速在X軸的投影，取0；vx為出水孔斷面的平均流速在 X 軸的投影，即射流流速v。從而R=ρQv(N)，射流對水箱的反作用力與水箱對射流的作用力大小相等方向相反，又由v=Q/(πd^2/4)可得〖R_x〗^'=(ρQ^2)/(πd^2/4)，其對水箱轉(zhuǎn)軸的力矩為M=〖R_x〗^' L=ρQvL=(4ρQ^2 L)/(πd^2 )，移動砝碼后，得到與M相平衡的實驗力矩M0，M=GΔS，對M的計算和測量，可求得〖R_x〗^'的實測值 〖R_xc〗^'：〖R_xc〗^'=GΔs/L。 系統(tǒng)可計算射流對平板的作用力時，以仿真裝置噴嘴孔軸線為X軸列動量方程：∑F=-R^'=ρQ(av-av)，射流對平板的作用力R_x=(ρQ^2)/(πd^2/4) (N)，其對轉(zhuǎn)軸的力矩為M=R_x L_1=ρQvL_1=(4ρQ^2 L_1)/(πd^2 )，在其作用下，擋板將繞轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)。用戶在拉線上設(shè)置適當?shù)捻来a，可形成與M平衡的實測力矩M，擋板回到受力前的平衡位置，即M=GL。最終得Rx實測值R_xc=(GL_2)/L_1 (N)。 具體實驗操作步驟 1. 射流對水箱的反作用力 (1) 關(guān)閉噴嘴控制閥門，開啟上水控制閥門，接通電源，待實驗水箱充滿水后，再調(diào)整至合適開度，使之保持較小溢流。 (2) 拔出固定插銷，調(diào)整加力桿上的砝碼位置，使水箱保持平衡（用水平儀確定）。 (3) 打開高位水孔（或低位水孔）水流射出，水箱偏轉(zhuǎn)，增大上水控制閥門開度，使實驗水箱再次充滿水，并保持較小溢流。 (4) 再調(diào)整砝碼位置，使實驗水箱恢復平衡。 (5) 用量筒和秒表測量體積流量。 (6) 重復測量后，變換出水孔再進行測量。 (7) 將測量數(shù)據(jù)記錄于表9.1中。 注意事項： 1） 拔出固定插銷后，必須用手扶穩(wěn)水箱，避免其偏轉(zhuǎn)過大，損壞儀器。 2） 實驗結(jié)束后必須將固定插銷插好。 2. 射流對平板的作用力 (1) 關(guān)閉各閥門，接通電源； (2) 選擇砝碼，將砝碼懸掛在掛鉤上； (3) 開啟噴嘴閥門，使射流沖擊擋板，調(diào)整閥門開度，使擋板重新恢復平衡位置； (4) 射流穩(wěn)定后，用量桶和秒表測量體積流量； (5) 改變砝碼重量，重復測量； 實驗中可以呈現(xiàn)液體的流動，重點模擬水體流入水箱過程，打開噴嘴后水流的噴射現(xiàn)象，砝碼位置可調(diào)節(jié)，并能讀取調(diào)節(jié)位置數(shù)值。 7煙氣流線實驗； 本系統(tǒng)內(nèi)置煙氣流線儀仿真模型算法模塊，模擬由矩形截面的風洞構(gòu)成。在風洞的排風口設(shè)有電機和排風扇，當其工作時，排出從吸入口吸入的空氣形成氣流。將可燃物點燃并置于發(fā)煙盒內(nèi)，其煙氣從梳形排煙管中進入風洞測試段，形成可視流線及流線譜。風洞測試段擁有可調(diào)節(jié)角度的翼型沖角，調(diào)節(jié)翼型沖角角度，可以改變流場流線。煙氣流線最終通過風洞排風口排出實驗設(shè)備。 通過本仿真實驗系統(tǒng)，用戶可以模擬煙氣從煙囪或其他釋放源釋放出來的過程，確定煙氣釋放的速度和方向。此外可根據(jù)計算得到的流場數(shù)據(jù)，繪制煙氣的流線，展示煙氣在空氣中的流動路徑和分布情況。實驗過程中允許用戶調(diào)整模擬中的參數(shù)，如煙氣釋放速度、環(huán)境條件等，以便觀察不同條件下煙氣流動的變化。 具體實驗操作步驟 1. 點燃衛(wèi)生香并放入發(fā)煙盒，使其產(chǎn)生煙氣。 2. 打開儀器風扇，使風洞內(nèi)的空氣流通，導直煙流。 3. 打開日光燈，觀察流線形態(tài)，調(diào)整翼形沖角，使其中一根流線對準零度角，形成駐點，使其速度為零。 4. 改變翼形沖角，觀察煙氣流線的變化情況。 5. 將沖角調(diào)整至15°~20°，觀察流線的變化情況。 實驗中可以呈現(xiàn)煙氣的流動，重點模擬煙氣在展板的流動狀態(tài)，模擬煙氣在繞經(jīng)翼型物體時，煙氣在翼型物體上下表面流體狀態(tài)，翼型沖角可調(diào)，能夠展示不同沖角下，煙氣在翼型上下表面流動的不同狀態(tài) 8、流線演示實驗； 本系統(tǒng)集成流動演示儀仿真模型算法模塊，由蓄水箱、水泵、不同邊界的流體動顯示面、摻氣量調(diào)節(jié)閥等組成。水泵將蓄水箱中帶輸送到不同邊界的顯示面，水在半封閉狀態(tài)下受水泵的驅(qū)動自蓄水箱經(jīng)摻氣后流經(jīng)顯示板，形成無數(shù)小氣泡，小氣泡相對水流流動的跟隨性達到一致。儀器內(nèi)日光燈照射到顯示板上，使小氣泡發(fā)出明亮的折射光，在后蓋底板襯托下，清楚的顯示出小氣泡隨水流流動的跡象。 系統(tǒng)運用集成在系統(tǒng)中的流體仿真運算模塊模擬流經(jīng)固體邊界的水流的狀態(tài)，流經(jīng)固體邊界的水流當達到一定雷諾數(shù)時，由于固體邊界的形狀大小突然發(fā)生變化，在慣性的作用下，就會出現(xiàn)主流與邊界分離而產(chǎn)生旋渦的現(xiàn)象。系統(tǒng)提供幾種漩渦現(xiàn)象如突然縮小、突然擴大、孔板等。 系統(tǒng)運用集成在系統(tǒng)中的流體仿真運算模塊模擬繞流現(xiàn)象。在繞流中有兩種阻力作用于物體上：一是摩擦阻力τ，它是由水流的粘滯性而產(chǎn)生；二是形狀阻力F，它由物體前后壓差形成，如圓柱繞流及圓頭方尾閘墩繞流。繞流阻力可表示為：F_D=C_D Aγμ_0^2/2g。 通過系統(tǒng)中的流體仿真運算模塊模擬流動演示儀的運行，仿真演示7種流動圖譜，分別為：（1）逐漸擴散、逐漸收縮、突然擴大、突然收縮、壁面沖擊、直角彎道等平面上的流動圖像；（2）文丘里流量計、孔板流量計、圓弧進口管嘴流量計以及壁面沖擊、圓弧形彎道等串聯(lián)流道縱剖面上的流動圖像；（3）30°彎頭、直角圓弧彎頭、直角彎頭, 45°彎頭以及非自由射流等流段縱剖面上的流動圖像；（4）30°彎頭、分流、合流、45°彎頭、YF 型溢流閥、閘閥及蝶閥等流段縱剖面上的流動圖譜；（5）明渠逐漸擴散，單圓柱繞流、多圓柱繞流及直角彎道等流段的流動圖像；（6）“雙穩(wěn)放大射流閥”流動原理顯示儀。 具體實驗操作步驟 1. 將注水管插進每個設(shè)備旁側(cè)的加水孔注水，觀察前部的水位，到刻度處，不要太多或太少，否則將影響正常演示時的氣泡效果。 2. 加水后，將電源接通，水泵上水，光源點亮。等整個設(shè)備運行穩(wěn)定后，就可以清晰的觀察流體流經(jīng)各類邊界時所形成的流線所形成的流譜。 實驗中可以呈現(xiàn)液體的流動，重點模擬水體流經(jīng)不同管路中的流動狀態(tài)，能通過氣泡的形式表現(xiàn)出液體流動的快慢，繞柱繞流，附壁效應，能量損失等多種現(xiàn)象。 9、三點彎曲梁等差線及等傾線的測定實驗 系統(tǒng)對光彈性儀器的算法模型進行仿真模擬，集成光源、起偏鏡、1/4 波片、加力架、檢偏鏡、視場鏡等部分。(1)光源：光彈性實驗通常需要使用兩種光源，即白光和單色光。本實驗中使用的光彈性儀光源由仿真LED燈光源制成，LED燈可發(fā)出白、紅、綠、青、藍等多種色光。(2)起偏鏡和檢偏鏡：起偏鏡和檢偏鏡由偏振片制成，靠近光源的偏振片稱為起偏鏡，起偏鏡的作用是把來自光源的自然光變?yōu)槠矫嫫窆猓?后面的一塊偏振片稱為檢偏鏡，用來檢驗光波通過的情況。(3)1/4 波片：1/4 波片數(shù)量也是兩塊，可以加入光路，也可以移出光路。當在光路中加入波片時，前面靠近起偏鏡鏡的第一塊 1/4 波片的快慢軸分別與起偏鏡的透光軸成45°角，因此能夠把從起偏鏡傳來的平面偏振光變?yōu)閳A偏振光。后面第二塊1/4波片的快軸和慢軸分別與第一塊1/4波片的快慢和慢軸正交，因此正好能夠抵消第一塊1/4 波片產(chǎn)生的相位差，將圓偏振光還原為平面偏振光。(4)加載架：加載架用于放置模型，并可以給模型施加外力。加載架通常能夠整體作上下及左右移動，以便調(diào)整模型在光場中的位置。(5)視場鏡：配有攝像頭，通過檢偏鏡的光線，經(jīng)過攝像頭后直接成像在電腦顯示器中。 系統(tǒng)提供兩種不同偏振軸相交方式，當兩偏振鏡的偏振軸剛好正交時，光場剛好形成暗場，通常將起偏鏡的偏振軸調(diào)整為豎直方向，檢偏鏡的偏振軸為水平方向。當兩偏振鏡的偏振軸互相平行時； 則光場呈亮場。 系統(tǒng)可模擬雙折射材料制成的模型受力情況，則使入射到模型的平面偏振光分解為沿各點主應力方向振動的兩列平面偏振光，且其傳播速度不同，通過模型后，產(chǎn)生光程差。當光程差為光波波長λ的整數(shù)倍時產(chǎn)生消光干涉，模型上呈現(xiàn)暗點，同時滿足光程差為同一整數(shù)倍波長的諸點，形成黑線，稱為等差線。此外，在模型內(nèi)凡主應力方向與偏振鏡軸重合的點，亦形成一條暗黑干涉條紋，稱為等傾線。等差線和等傾線是光彈性實驗提供的兩個必要的資料，據(jù)此可根據(jù)模型的受力特性計算其應力。 具體實驗操作步驟 使用光彈性儀之前，必須檢查和調(diào)整各鏡片的位置，以滿足實驗的要求。光彈性儀的具體使用步驟如下： 1、觀看光彈性儀的各個部分，了解其名稱和作用。 2、正交平面偏振光場布置的調(diào)整：首先開啟白光光源，卸下兩塊1/4波片，旋轉(zhuǎn)一個偏振片(起偏鏡或檢偏鏡)，使呈現(xiàn)暗場，表示它們的偏振軸互成正交；然后將一個標準試件放在加載架上；同步旋轉(zhuǎn)起偏鏡及檢偏鏡，直到模型是出現(xiàn)正交黑十字形。這表明兩個鏡片的偏振軸不僅正交，而且一個偏振軸是在水平位置，另一個是在垂直位置，這時兩鏡片的指示刻度應分別是0°和90°。 3、正交圓偏振光場布置的調(diào)整：在調(diào)好的正交平面偏振光場布置中，先裝入一塊1/4波片，將它旋轉(zhuǎn)，使檢偏鏡后看到的光場最黑，這時表示1/4波片的快、慢軸分別與起偏鏡和檢偏鏡的偏振軸相平行；然后將1/4波片向任意方向轉(zhuǎn)動45°角，再把第二塊1/4波片裝入，將它旋轉(zhuǎn)，使光場再次最黑。這時兩塊1/4波片的快慢軸互相正交，四塊鏡片構(gòu)成所謂雙正交圓偏振光場，此時1/4波片的指示刻度應為45°。 4、分別繪制三點彎曲梁在載荷為260N時，0°、10°、20°、30°、40°時的等傾線。 5、繪制三點彎曲梁在260N載荷時的等差線圖。 6、實驗結(jié)束關(guān)閉光源，取下模型，整理有關(guān)工具。 實驗中可以根據(jù)需求配置平面偏振光場以及圓偏振光場，重點模擬梁處于三點彎曲時，在白光下的等傾線與等差線，色彩要清晰可見；模擬梁在單色光下的等傾線與等差線，條紋明暗要清晰可辨。 10、對徑受壓圓盤實驗 系統(tǒng)集成白色光源及單色光源（如鈉光源或激光），可根據(jù)情況選擇不同光源，觀測等差線時，首先采用白光光源，此時等差線為彩色，亦稱為等色線，具體描繪等差線圖時，可切換單色光源如鈉光或激光，以提高測量精度。 用戶選擇載荷F，并且可以逐漸增加載荷，觀察圓心附近區(qū)域等差線顏色的變化情況，其順序為黃、紅、藍、綠四種顏色不斷循環(huán)出現(xiàn)，且隨著條紋級數(shù)增加而顏色逐漸變淡。反復觀察，掌握其變化規(guī)律后，卸去載荷，然后按照逐級加載的方式加載。用戶確定直徑D、模型厚度h，系****中心出現(xiàn)N=1，2，3級條紋時的載荷。 通過仿真實驗測得圓心處的等差線條紋級數(shù)N，則材料條紋值f為f=8F/πDN，基于以上參數(shù)，系統(tǒng)可自動計算出材料條紋值f。 具體實驗操作步驟 1、把圓盤光彈試件放在正交圓偏振光場中。 2、開啟白色光源，觀察載荷為零時，模型是否有殘余應力和邊緣效應存在，若沒有則模型應該是均勻黑暗的。 3、逐漸增加載荷，觀察圓心附近區(qū)域等差線顏色的變化情況，其順序為黃、紅、藍、綠四種顏色不斷循環(huán)出現(xiàn)，且隨著條紋級數(shù)增加而顏色逐漸變淡。反復觀察，掌握其變化規(guī)律后，卸去載荷，然后按照逐級加載的方式加載。在圓心附近區(qū)域第一次出現(xiàn)綠色時，為1級條紋；待第二次出現(xiàn)綠色時，為2級條紋，依次類推。 4、換成單色光源，重復步驟3，但注意此時的等差線條紋圖不再是彩色，而是明暗相間的變化，其變化次序為“暗→明→暗→明”不斷的交替出現(xiàn)，每暗一次條紋級數(shù)增加一級。 5、****中心出現(xiàn)N=1，2，3級條紋時的載荷。 6、****中心出現(xiàn)N=1，2，3級條紋時，圓盤的等差線圖。 7、緩慢卸下載荷，取出試件。 實驗中可以根據(jù)需求配置圓偏振光場，重點模擬圓盤在對徑受壓時，在白光下的等差線，色彩要清晰可見；模擬圓盤在單色光下的等差線，條紋明暗要清晰可辨。 11、孔板拉伸實驗 系統(tǒng)集成孔板拉伸實驗算法模塊，用戶可設(shè)定拉伸試樣的幾何尺寸（b，d，h），當最大應力不超過光彈性材料比例極限時，應力集中系數(shù)定義為：α_K=σ_max/σ_H ，σ_1-σ_2=Nf/h,而此時，因為孔邊處 σ=0，所以孔邊處最大應力為σ_max=σ_1=Nf/h，而孔中心的橫向?qū)ΨQ截面所受平均應力為σ_H=F/(b-d)h，因此應力集中系數(shù)為α_K=Nf(b-d)/F。用戶使用白色光源逐級加載，系統(tǒng)可顯示孔邊出現(xiàn)1，2，3級條紋時對應的載荷?；谝陨纤惴ü胶拖到y(tǒng)顯示載荷，系統(tǒng)可自動計算出應力集中系數(shù)。 具體實驗操作步驟 1、測定拉伸試樣的幾何尺寸（b、d、h）； 2、安裝試樣及調(diào)整儀器 先將光彈儀調(diào)整為正交圓偏振場，然后安裝實驗模型。施加20N初載荷，開啟白色光源看等差線是否對稱，若不對稱則重新調(diào)整。 3、測定孔邊緣的等差線的級數(shù) 用白色光光源，逐級加載，仔細觀察均勻區(qū)和孔邊應力集中區(qū)的等差級數(shù)及整個等差線圖案的變化規(guī)律。分別記錄孔邊出現(xiàn)1，2，3級條紋時，對應的載荷。 實驗結(jié)束，卸除載荷，關(guān)閉光源，整理試件。 實驗中可以根據(jù)需求配置圓偏振光場，重點模擬孔板在受拉伸時，在白光下的等差線，色彩要清晰可見；模擬孔板在單色光下的等差線，條紋明暗要清晰可辨。 12、彈性模量和泊松比測試實驗 系統(tǒng)集成了彈性模量和泊松比測試模型仿真模塊，采用矩形截面試件，在試件中央截面位置，沿前后兩面的軸線方向分別對稱地布有一對軸向應變片以測量軸向應變，一對橫向應變片以測量橫向應變，試件尺寸及布片形式需以三維形式體現(xiàn)，并可放大旋轉(zhuǎn)展示。 系統(tǒng)可測量彈性模量E，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量作用下，產(chǎn)生的應變增量，并求應變增量的平均值。集成5種組橋方式，組橋方式可由設(shè)備模型上橋路選擇位置進行設(shè)置，并可根據(jù)布片形式的不同選擇自動輸出正確的應變示數(shù)，具體5種組橋方式如下： （1）單臂測量：輸出值為所選測點應變，即在一定載荷條件下，分別對前、后兩枚軸向應變片進行單片測量，并取其平均值。 （2）軸向應變片串聯(lián)后的單臂測量：輸出值為所選測點應變的平均值，將前后兩軸向應變片串聯(lián)后接在同一橋臂上，而鄰臂接相同阻值的補償片才可正常輸出。 （3）串聯(lián)后的半橋測量：輸出值為所選測點軸向應變的（1+）倍，將兩軸向應變片串聯(lián)后接AB橋臂，則由于輸出應變鄰臂相加，對臂相減，其中橫向應變片輸出值為-倍軸向應變。由于使用半橋接法，故電阻應變儀的讀數(shù)應變?yōu)檩S向應變的（1+）倍。 （4）相對兩臂測量：輸出值為所選測點的應變之和，由于將兩軸向應變片分別接在電橋的相對兩臂(AB、CD)，兩溫度補償片接在另外相對兩臂(BC、DA)，故電阻應變儀的讀數(shù)應變?yōu)樗x測點的應變之和。 （5）全橋測量：輸出值應為接入所有應變片的應變數(shù)值之和，此時測量靈敏度比單臂測量時提高2（1+）倍，即輸出值為2（1+）倍軸向應變。 系統(tǒng)可以利用試件的橫向應變片和軸向應變片進行自由組橋，并可根據(jù)上述計算方式輸出應變示數(shù)。在上述組橋形式下，每級載荷均可輸出橫向應變和軸向應變，并可隨時檢驗其增長是否符合線性規(guī)律。 具體實驗操作步驟 1. 開始時展示試件形態(tài)、尺寸及布片形式，儀器連接方式以及數(shù)據(jù)記錄表格。 2. 學生使用游標卡尺確定試件尺寸。即在試件標距內(nèi)，測量三處橫截面面積，取其平均值作為試件的橫截面面積，此處應有動畫引導。 3. 學生根據(jù)試件自行設(shè)置加載方案，此處應鏈接數(shù)據(jù)記錄表格進行填寫。 4. 根據(jù)試件的布片情況和提供的設(shè)備條件確定組橋方案并接線，此處應有動畫引導。 5. 開機加載前，選好試驗機的負荷量程并調(diào)零；調(diào)整好電阻應變儀，使它們處于平衡狀態(tài)，此處應有動畫引導。 6. 經(jīng)檢查無誤后開機加載，進行實驗，用慢速逐漸將載荷加至初載荷，記下此時應變儀的初讀數(shù)，然后緩慢均勻地逐級加載，每增加一級載荷，記錄一次縱、橫向各點應變片相應的讀數(shù)應變 ，記錄數(shù)據(jù)的同時，隨時檢查讀數(shù)應變增量 是否符合線性變化規(guī)律，以判斷實驗是否正常，此處應有動畫引導，加載過程及設(shè)備讀數(shù)分次顯示，由動畫連接。 7. 實驗結(jié)束，卸載、關(guān)閉電源，拆線整理所用設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器、設(shè)備復原，此處為自動播放動畫，每次點擊動作一次。 8. 輸出實驗記錄表格，方便學生記錄。 13、動態(tài)多點應變測量實驗 本系統(tǒng)集成了主應力大小和方向測量計算模塊，采用薄壁圓筒試件，在試件中央截面位置，沿上下、前后兩面的軸線方向分別對稱地布有一±45°及0°方向應變花，0°方向沿軸向，試件尺寸及布片形式需以三維形式體現(xiàn)，并可放大旋轉(zhuǎn)展示。內(nèi)置應變儀及組橋算法如實驗12中所示。 主應力測量采用45°直角應變花，應變花上3個應變片的夾角分別為-45°、0°、-45°，沿這三個方向的線應變分別可由主應變和主應力公式內(nèi)置計算可得。 本系統(tǒng)集成了彎矩測量計算模塊，采用相應的組橋方式測量，即可得到A，C兩點由彎矩引起的軸向應變。由廣義胡克(Hooke)定律，及截面上最大彎曲應力公式，可得到截面的彎矩實驗值。 本系統(tǒng)集成了扭矩測量計算模塊，當薄壁圓筒受純扭轉(zhuǎn)時B、D兩點45°方向和-45°方向的應變片都是沿主應力方向，且兩面內(nèi)主應力數(shù)值相等符號相反。由平面應力狀態(tài)的廣義胡克(Hooke)定律，可得截面扭矩實驗值。 具體實驗操作步驟 1. 開始時展示試件形態(tài)、尺寸及布片形式，儀器連接方式以及數(shù)據(jù)記錄表格。 2. 測量試件尺寸、加力臂的長度和測點距力臂的距離，此處應有動畫引導。 3. 將薄壁圓筒上的應變片按不同測試要求接入電阻應變儀，學生可組成不同的測量電橋。并調(diào)整好所用儀器設(shè)備，此處應有動畫引導。 (1) 主應力大小、方向測定：將A、C兩點的應變片采用半橋單臂測量(1/4橋測量)。 (2) 測定彎矩M，扭矩T：根據(jù)實驗要求，自行設(shè)計組橋方案。 4. 學生根據(jù)試件自行設(shè)置加載方案，此處應鏈接數(shù)據(jù)記錄表格進行填寫。 5. 用均勻慢速加載至初載荷，記錄各點應變儀的初讀數(shù)，然后分級等增量加載(分5~6級)，每增加一級載荷，依次記錄各點應變片的應變讀數(shù)，直至最終載荷，此處應有動畫引導，加載過程及設(shè)備讀數(shù)分次顯示，由動畫連接。 6. 完成一項測試后，重新組橋測試，重復步驟3、4，此處應有動畫引導，測量一個內(nèi)容結(jié)束之后返回前述界面再次測量。 7. 實驗結(jié)束，卸載、關(guān)閉電源，拆線整理所用設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器、設(shè)備復原，此處為自動播放動畫，每次點擊動作一次。 8. 輸出實驗記錄表格，方便學生記錄。 14、對稱超靜**構(gòu)應變測定實驗 本系統(tǒng)集成對稱超靜**構(gòu)應變測定實驗模塊，用戶可通過加載手輪改變試件受力大小，通過壓力傳感器的讀數(shù)可以精確得到所加的壓力值。集成應變儀功能，試件承受的應變通過應變片由該設(shè)備顯示。用戶可對應變儀進行操作，取不同的載荷值，同時記錄下每次加載后各點的讀數(shù)應變。 系統(tǒng)建立對稱超靜**構(gòu)的幾何模型和材料性質(zhì)，包括支撐和加載條件；可模擬外部加載條件，例如施加力或施加位移，以模擬實際應變測定實驗中的加載情況?？赡M應變測量裝置，集成前述實驗12及13中應變儀組橋功能，試件上應變片布置的位置及方式可自由選擇，以測量結(jié)構(gòu)在加載下的應變分布；支持使用數(shù)值方法（如有限元法）求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應力及應變分布，并與實驗數(shù)據(jù)進行比較，以驗證仿真結(jié)果的準確性。 具體實驗操作步驟 1. 展示構(gòu)件形態(tài)及尺寸，并可切換支撐方式，此處應有動畫引導。 2. 學生在構(gòu)件上選擇測點，貼片，組橋，連接到測試應變儀，此處應有動畫引導，并鏈接數(shù)據(jù)記錄表格進行填寫。 3. 在計算機虛擬應變儀上完成各參數(shù)配置，測點調(diào)平衡，設(shè)置加載方案，此處可鏈接數(shù)據(jù)記錄表格進行填寫。 4. 用均勻慢速加載至初載荷，記錄各點應變儀的初讀數(shù)，然后分級等增量加載(分5~6級)，每增加一級載荷，依次記錄各點應變片的應變讀數(shù)，直至最終載荷，此處應有動畫引導，加載過程及設(shè)備讀數(shù)分次顯示，由動畫連接。 5. 實驗結(jié)束，卸載、關(guān)閉電源，拆線整理所用設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器、設(shè)備復原，此處為自動播放動畫，每次點擊動作一次。 6. 輸出實驗記錄表格，方便學生記錄。 15、位移傳感器的標定 本系統(tǒng)集成了電渦流傳感器標定模型仿真模塊，根據(jù)電磁感應原理，當傳感線圈通以交變電流，系統(tǒng)產(chǎn)生模擬交變磁場，當線圈平面靠近某一導體面時，由于線圈磁通鏈穿過導體，使導體的表面層感應出呈旋渦狀自行閉合的電流，而閉合電流所形成的磁通鏈又穿過傳感器線圈，這樣線圈與渦流線圈形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋等效電感，從而導致傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化。 為實現(xiàn)電渦流位移測量，系統(tǒng)集成一個測量電路。這一測量電路(前置器)包括具有一定頻率的穩(wěn)定的震蕩器和一個檢波電路。根據(jù)電渦流傳感器的基本原理，將傳感器與被測體間的距離變換為傳感器的Q值、等效阻抗Z和等效電感L三個參數(shù)，用相應的測量電路來測量。 本系統(tǒng)采用的將傳感器與被測體間的距離變換成等效阻抗Z，當線圈中通以高頻交變電流后，當平面線圈、被測體(渦流片)、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。將V、X輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)可自動繪出V-X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度。 具體實驗操作步驟 1、將電渦流傳感器安裝在測試架上，保證傳感器前端與渦流片平行； 2、連接好傳感器、前置器與測量儀的導線（注意不要接錯）； 3、將測量儀測量模式置于靜態(tài)，功能選擇校準，打開電源開關(guān)； 4、調(diào)整螺旋測微儀，使渦流片與傳感器前端接觸，按動調(diào)零按鈕； 5、旋動測微儀使渦流片離開傳感器，每隔一個間隔（0.2mm或0.5mm）記錄一個電壓值，將V、X值填入表格中。作出V-X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度。 測量結(jié)束，關(guān)閉電源，卸下傳感器，整理實驗臺面。 要求：在獲得的原始數(shù)據(jù)后，經(jīng)過數(shù)值篩選、最小二乘法直線擬合、非線性度運算、回程誤差等計算處理得出該傳感器的各項參數(shù)，并繪出圖形和給出該傳感器是否符合檢驗標準的判斷。 16.動態(tài)信號的采集和FFT等各種圖譜分析 本系統(tǒng)集成信號采集和處理仿真模型實驗模塊，可模擬結(jié)構(gòu)在承受動載作用或強迫振動時，結(jié)構(gòu)上各點的應變隨時間改變而發(fā)生的變化，即動應變。靜態(tài)應變不隨時間變化，而動態(tài)應變隨時間改變而發(fā)生變化，系統(tǒng)集成顯示記錄儀器，通過此方式進行實時顯示和記錄。 本系統(tǒng)為簡支梁的垂直方向給予了一個按正弦規(guī)律變化的周期性動載荷，并選擇簡支梁上一測點，按半橋接橋，使應變信號通過輸入本系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并且對采集到的數(shù)據(jù)進行采集分析。 具體實驗操作步驟 1、在構(gòu)件上選擇測點，貼片，組橋，連接到測試系統(tǒng)。 2、在計算機虛擬面板上完成各參數(shù)配置，測點調(diào)平衡 3、選定一個振動頻率，通過時間窗口采集動態(tài)應變信號，利用FFT功能分析信號頻率。 4、改變振動頻率，重復步驟3操作。 5、整理實驗數(shù)據(jù)，結(jié)束實驗。 備注：虛擬采集和分析界面與真是界面一致，有采樣頻率等基本參數(shù)的設(shè)置，動態(tài)顯示，有開始和結(jié)束操控，曲線可回放和縮放，可用光標讀取數(shù)據(jù)。 |
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