matlab在工程力学教学中的应用

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1、MATLAB在工程力学教学中的应用　　摘要针对传统工程力学教学中，较为复杂的计算和作图不便于学生全面理解学习内容、且占用过多课堂教学时间的问题，将计算和作图交给计算机，运用MATLAB数学计算软件编制程序来解决，大大提高课堂教学效率，提升了学生的学习效率，加深了学生对所学内容的理解程度。　　关键词矩阵实验室工程力学弯矩图剪力图　　中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.08.045　　AbstractIntraditionalengineeringmechanicsteaching，com

2、plicatedcalculationanddrawingisnoteasyforstudentstocomprehensivelyunderstandlearningcontent，andtakesuptoomuchtimeinclassroomteaching，handtothecomputercalculationanddrawing，matlabmathematicalcalculationsoftwareisprogrammedtosolve，greatlyimprovetheefficiencyofclassroomteaching

3、，enhancethestudents'learningefficiency，enhancethestudentstounderstandthecontent.　　KeywordsMatlab；engineeringmechanics；bendingmomentdiagram；sheardiagram　　0引言　　“工程力学”6作为高等院校理工科学生重要的一门基础课程，是学生学习结构力学等专业课学习的重要基础。在工程力学学习中，有些计算和作图较为复杂，不便于课堂的讲解和学生的理解。将MATLAB引入工程力学教学课堂，利用其可视化好、编程与计算方

4、便的特点，可以起到提高课堂教学效率，便于学生理解的作用。结合具体教学学习实践，我们对MATLAB在工程力学教学中应用问题进行了一些总结分析和探讨。　　1使用MATLAB可以解决或者优化的问题　　1.1物体系统平衡问题　　对于物体系统（如拉压杆系），求解平衡问题往往对应着一个复杂的线性方程组的求解，非常麻烦。然而，应用MATLAB来求解，其数学模型为矩阵形式的乘法和求逆进行编程。对于物体系统，应用MATLAB的数学模型为矩阵形式的线性方程组AX=B，求解时只需写X=A＼B即可得到结果。这样可以使得学生容易接受，我们可以把更多的时间用于对概念的思考

5、，提高了教学效率。　　在解决这一类问题时，不需要太多关心物体系统是静定还是超静定的，这两类物体系统平衡问题都可以通过上面介绍的方法求解，十分方便。　　1.2图像问题　　利用MATLAB强大而简易的绘图功能，能使计算结果可视化，方便地绘制梁、刚架等模型的剪力图、弯矩图和变形图等。教师可以通过分析MATLAB运行出来的图，来说明这些图中反映出的临界、极值等情况，方便学生的理解。同时，也可以通过调整MATLAB程序里的参数设置，来反映不同条件下图像的情况。这一点有利于学生更好地理解参数在各种范围内变化时，模型的变化情况。6　　1.3分步编程法求解超静

6、定问题　　在用力法结算复杂超静定结构时，系数和自由项多，计算量大，绘图多，提出可运用MATLAB大型数学计算软件分步编制程序来解决这一问题。　　计算方法：第一步，建立力法典型方程组：用MATLAB来计算多余未知力，就要给系数和自由项赋值。第二步，计算系数和自由项：系数和自由项的计算量很大，可用MATLAB中的积分函数int来计算。第三步，把系数和自由项代入力法典型方程，计算多余未知力：力法典型方程组是一个n阶方程组，可用MATLAB中的解算线性方程组的矩阵除法来计算多余未知力。第四步，用MATLAB中的图形编辑窗口绘制弯矩图和剪力图。　　1.4

7、点的合成运动　　在点的合成运动中，动点和动系的选择一般遵循的原则是：（1）动点和动系分别属于两个物体，不能选在同一个物体上，动点相对于动系有相对运动轨迹。同时，动系相对于定系也有相对运动，以保证相对运动的存在。（2）动点、动系的相对运动轨迹应简单，易于确定，否则会使相对加速度分析产生困难。　　在实际的授课过程中，学生在这一章接受起来比较困难，特别是对于两物体互相接触，但接触点是不断变化的这种情形，大部分学生不知道如何下手分析。利用MATLAB的绘图功能，我们可以把这类机构的运动轨迹做成曲线，运动过程做成动画，然后清晰地给出相对运动轨迹，便于学生

8、掌握动点、动系的选择。　　2MATLAB的GUI工具箱及SIMULINK软件在教学可视化中的应用　　2.1MATLAB/GUI界面在力学中运动学问题中