[发明专利]用于杆系结构内力图绘制的人机交互系统

说明书

本发明公开了一种用于杆系结构内力图绘制的人机交互系统，用户通过题目生成模块生成相应的题目及对应的模型简图后，在作业区操作模块和计算模型图显示区显示出对应的计算模型简图，用户通过选择对象，并在杆段拆分信息填充模块填充相应的信息进行杆段拆分；然后选择轴力图绘制控件、剪力图绘制控件或弯矩图绘制控件可以填充对应的数据，系统在对应的轴力图显示区、剪力图显示区或弯矩图显示区中显示相应的内力图形；并通过内力图检查模块现对比评分。其效果是：可集成大量的典型例题，直接使用鼠标对力学模型进行图形操作，将重复的绘图操作改由系统自动完成，使用简单，可完整记录，自动批改，可用于内力图绘图作业练习或考核考试中。

技术领域

本发明涉及智能教学技术，特别是《结构力学》、《工程力学》教学领域中的一种用于杆系结构内力图绘制的人机交互系统。

背景技术

内力图绘制是结构分析的重要内容，几乎所有的杆系结构分析内容，包括强度、刚度、稳定、动力、极限分析等等，都会涉及到结构内力计算。由于内力图可以表达出结构内力分布的关键特征，相较于函数表达方式，更为直观，在力学概念学习、结构分析和设计中使用非常广泛。内力图可以是结构分析的计算结果，如对杆系结构的内力计算；也可以是结构分析中的某些关键计算步，如位移计算的图乘法，需要使用到的弯矩图分布图形，或位移法、力法计算过程中必须使用到的某自由度的单位弯矩图等。

目前在线教学发展较快，但技术上仍以“教”为主，主要集中在多媒体技术的辅助下，教学上实现了资源的多样化和丰富化，同时借助互联网拉近了教与学的距离，幅射面更广；而在“学”上，学生的学习方式仍与在传统教学的模式，并无太大差异，因此，教学技术和交互手段的改进，仍是当前在线教学技术发展中，必须注重的环节。对力学类课程来说，图形应用广泛，学习中的练习、考核、考试这三大环节，除判断、选择、填空等客观题目外，主观题由于涉及到了图形绘制和结果评判，目前无法在线上实现，严重限制了类似课程的在线发展。

由于内力图的绘制在力学学习和工程应用中的广泛使用，因此，力学类课程线上教学中，内力图的实时绘制、显示和成图，是无法回避的一个重要技术问题。而目前图形手绘的作业方式显然无法自动批阅，即便借助绘图软件成图，图形质量有保证，但绘制复杂，时间长，图形结果还难于数值化，依然只能人工批阅。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种用于杆系结构内力图绘制的人机交互系统，通过内嵌题目、模型数据录入或交互式结构生成，形成结构模型；用户通过鼠标和键盘输入，可较容易地绘制出杆系结构的内力图形，内力图形关键特征在系统中以数据格式存贮，除可用于实时显示外，还可进行数据分析和比较，所建系统可智能批改作业并实时反馈结果。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案是：

一种用于杆系结构内力图绘制的人机交互系统，其关键在于包括：

题目生成模块：通过数据文件或人机交互，自动生成题目和相应杆系结构计算模型及简图；

内力图绘制模块：包括轴力图绘制控件、剪力图绘制控件以及弯矩图绘制控件；

作业模块：包括作业区操作模块、杆段拆分信息填充模块以及内力图检查模块；

结果对比模块：包括计算模型图显示区、轴力图显示区、剪力图显示区、弯矩图显示区；

用户通过所述题目生成模块，生成相应题目及对应的杆系结构计算模型简图后，在所述作业区操作模块和所述计算模型图显示区，显示出对应的计算模型简图，用户通过选择作业区操作模块中的对象，并在所述杆段拆分信息填充模块，填充相应的信息进行杆段拆分；然后选择轴力图绘制控件、剪力图绘制控件或弯矩图绘制控件，可以填充对应的数据，系统在对应的轴力图显示区、剪力图显示区或弯矩图显示区中显示相应的内力图形；所述内力图检查模块，用于生成正确的内力图形，并加载到用户绘制的内力图形上实现对比评分。