[發明專利]一種基于人機交互的桿系結構力矩分配法智能作業方法及系統

有效

• 申請號: 202011308641.5
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112394848B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 陳名弟;王達詮;華建民;黃樂鵬;薛暄譯
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F3/0481
• 分類號: G06F3/0481;G06F3/04842;G09B7/02
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 李陽

本發明公開了一種基于人機交互的桿系結構力矩分配法智能作業方法及系統，應用于高等教育力學課程教學領域，本發明將力矩分配法分析和計算作業全過程，完整移植至計算機軟件平臺，對任意參數的力矩分配法題目，結合力矩分配法計算常規步驟，根據用戶交互輸入的不平衡力矩、分配系數、傳遞系數，以及用戶交互確定的結點分配次序，計算并顯示分配、傳遞過程與結果。對每一操作步中涉及到的約束改變、模型交互、圖形繪制、分配傳遞等內容，利用有限元分析實現概念性判斷，通過圖形界面實現了人機智能交互，輔助完成分析、計算和繪圖操作等作業全過程，并能夠實現智能批閱，有效提高學生的桿系結構力矩分配法作業的計算效率和練習效果。

技術領域

本發明涉及智能教學技術領域，尤其涉及應用于高等教育中《結構力學》、《工程力學》、《建筑力學》等力學課程教學領域的一種基于人機交互的桿系結構力矩分配法智能作業方法及系統。

背景技術

力矩分配法適用于分析有結點角位移的結構(如連續梁、無側移框架)，根據結構在剛結點處的變形協調，將作用于結點的不平衡力偶矩，按轉動剛度概念，分配、傳遞至各桿桿端。計算過程無需求解聯立方程組，相較于力法、位移法，計算量更小，在學習過程中也容易把握關于轉動剛度的概念認識。但在多結點分配時“漸近”的計算方式，類似于迭代，其分配、傳遞桿端內力的過程，需要往復進行，略顯繁瑣。

傳統力矩分配法紙上作業方式，圖、表、文、公式、符號交錯，具體分配過程與分配次序關聯，而分配次序不同，過程數據也隨之而改變，因此過程檢查難度大。由于手工批閱強度大，很難實現自動批閱，在大規模教學中，傳統的作業批閱方式周期長，無法及時反饋至教學雙方。

隨著計算機、互聯網等技術發展，傳統教學、在線教學、混合教學等教學模式，對教學交互技術在計算機系統上的實現提出了更高要求，目前國內外教學輔助、結構分析軟件，均沒有力矩分配法的人機交互作業功能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于人機交互的桿系結構力矩分配法智能作業方法及系統，將力矩分配法分析和計算作業全過程，完整移植至計算機軟件平臺；對任意參數的力矩分配法題目，利用圖形界面和智能交互，輔助完成分析、計算、繪圖操作等作業全過程，并能夠實現智能批閱，有效提高學生的桿系結構力矩分配法作業中的計算效率和練習效果。

為實現上述目的，本發明公開的技術方案如下：

根據本發明的第一個方面，本發明公開了一種基于人機交互的桿系結構力矩分配法智能作業方法，所述方法包括如下步驟：

在人機交互界面加載并顯示待解答題目的原桿系結構，其中，所述人機交互界面包括圖形信息顯示區和交互操作區，所述原桿系結構顯示在所述圖形信息顯示區；

獲取用戶在所述交互操作區輸入的待分配結點數n，其中，n為正整數；

將所述圖形信息顯示區分割成3個顯示窗口，所述3個顯示窗口包括用于顯示待解答題目的題目顯示窗口、用于顯示作業過程圖形的過程圖形顯示窗口以及用于顯示最終結果圖形的結果圖形顯示窗口；

接收用戶在所述交互操作區對所述原桿系結構做出的附加剛臂操作，并基于所述附加剛臂操作生成力矩分配基本結構；

接收用戶在所述交互操作區輸入的固端彎矩值和需疊加簡支彎矩值，基于所述固端彎矩值和需疊加簡支彎矩值利用疊加原理交互繪制附加剛臂約束下的荷載彎矩圖；

獲取用戶在所述交互操作區輸入的各待分配結點不平衡力矩的數值，基于所述輸入的各待分配結點不平衡力矩的數值生成結點不平衡力矩圖；

獲取用戶在所述交互操作區輸入的各待分配結點對應桿端的分配系數以及不同遠端約束模式下對應的傳遞系數，基于所述分配系數和傳遞系數執行力矩分配過程；

獲取用戶輸入的固端彎矩值、分配彎矩值和傳遞彎矩值，基于所述固端彎矩值、分配彎矩值和傳遞彎矩值利用疊加原理交互繪制結果彎矩圖；