[发明专利]一种基于人机交互的杆系结构力矩分配法智能作业方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于人机交互的杆系结构力矩分配法智能作业方法及系统，应用于高等教育力学课程教学领域，本发明将力矩分配法分析和计算作业全过程，完整移植至计算机软件平台，对任意参数的力矩分配法题目，结合力矩分配法计算常规步骤，根据用户交互输入的不平衡力矩、分配系数、传递系数，以及用户交互确定的结点分配次序，计算并显示分配、传递过程与结果。对每一操作步中涉及到的约束改变、模型交互、图形绘制、分配传递等内容，利用有限元分析实现概念性判断，通过图形界面实现了人机智能交互，辅助完成分析、计算和绘图操作等作业全过程，并能够实现智能批阅，有效提高学生的杆系结构力矩分配法作业的计算效率和练习效果。

技术领域

本发明涉及智能教学技术领域，尤其涉及应用于高等教育中《结构力学》、《工程力学》、《建筑力学》等力学课程教学领域的一种基于人机交互的杆系结构力矩分配法智能作业方法及系统。

背景技术

力矩分配法适用于分析有结点角位移的结构(如连续梁、无侧移框架)，根据结构在刚结点处的变形协调，将作用于结点的不平衡力偶矩，按转动刚度概念，分配、传递至各杆杆端。计算过程无需求解联立方程组，相较于力法、位移法，计算量更小，在学习过程中也容易把握关于转动刚度的概念认识。但在多结点分配时“渐近”的计算方式，类似于迭代，其分配、传递杆端内力的过程，需要往复进行，略显繁琐。

传统力矩分配法纸上作业方式，图、表、文、公式、符号交错，具体分配过程与分配次序关联，而分配次序不同，过程数据也随之而改变，因此过程检查难度大。由于手工批阅强度大，很难实现自动批阅，在大规模教学中，传统的作业批阅方式周期长，无法及时反馈至教学双方。

随着计算机、互联网等技术发展，传统教学、在线教学、混合教学等教学模式，对教学交互技术在计算机系统上的实现提出了更高要求，目前国内外教学辅助、结构分析软件，均没有力矩分配法的人机交互作业功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于人机交互的杆系结构力矩分配法智能作业方法及系统，将力矩分配法分析和计算作业全过程，完整移植至计算机软件平台；对任意参数的力矩分配法题目，利用图形界面和智能交互，辅助完成分析、计算、绘图操作等作业全过程，并能够实现智能批阅，有效提高学生的杆系结构力矩分配法作业中的计算效率和练习效果。

为实现上述目的，本发明公开的技术方案如下：

根据本发明的第一个方面，本发明公开了一种基于人机交互的杆系结构力矩分配法智能作业方法，所述方法包括如下步骤：

在人机交互界面加载并显示待解答题目的原杆系结构，其中，所述人机交互界面包括图形信息显示区和交互操作区，所述原杆系结构显示在所述图形信息显示区；

获取用户在所述交互操作区输入的待分配结点数n，其中，n为正整数；

将所述图形信息显示区分割成3个显示窗口，所述3个显示窗口包括用于显示待解答题目的题目显示窗口、用于显示作业过程图形的过程图形显示窗口以及用于显示最终结果图形的结果图形显示窗口；

接收用户在所述交互操作区对所述原杆系结构做出的附加刚臂操作，并基于所述附加刚臂操作生成力矩分配基本结构；

接收用户在所述交互操作区输入的固端弯矩值和需叠加简支弯矩值，基于所述固端弯矩值和需叠加简支弯矩值利用叠加原理交互绘制附加刚臂约束下的荷载弯矩图；

获取用户在所述交互操作区输入的各待分配结点不平衡力矩的数值，基于所述输入的各待分配结点不平衡力矩的数值生成结点不平衡力矩图；

获取用户在所述交互操作区输入的各待分配结点对应杆端的分配系数以及不同远端约束模式下对应的传递系数，基于所述分配系数和传递系数执行力矩分配过程；

获取用户输入的固端弯矩值、分配弯矩值和传递弯矩值，基于所述固端弯矩值、分配弯矩值和传递弯矩值利用叠加原理交互绘制结果弯矩图；