材料力学虚拟实验系统
摘 要摘 要 随着计算机网络技术的迅猛发展，网络极大地丰富了人们的生活，尤其在真实的环境下借助于网络平台进行各种实验模拟。在本系统中，学习者通过浏览器在逼真的环境下通过网络教学平台进行材料力学实验，并自主定制学习进程。学习者在模拟实验之前，首先要了解实验的整个过程，同时进行实验交互，并下载丰富的实验资料等等。教师可以通过系统提供的各种接口来管理系统。本系统主要采用浏览器/服务器(B/S)模式下的三层架构的设计模式，通过JSP + Servlet的实现方式来定制网页，在整个实现过程中还使用了 jQuery，CSS等技术。在用户登录接口方面包括学生登陆和教师登陆两个方面，这两种用户的登陆将进入不同的使用页面进行对应的操作。最终系统将部署到Tomcat服务器。为了对用户信息和实验信息的有效管理，大量数据将直接存储到SQL Server 2008数据库中。关键字：B/S；材料力学；JSP；网站；虚拟实验目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2课题的研究架构 1
第二章 系统实现使用的相关技术和相关内容 3
2.1 三层架构的设计模式 3
2.1.1 表示层 3
2.1.2 业务逻辑层 4
2.1.3 数据访问层 4
2.2 JSP和Servlet的服务器端的开发模式 4
2.2.1 JSP和Servlet简介 4
2.2.2 JSP和Servlet比较 5
2.3 DIV CSS前台设计模式 5
2.3.1 DIV CSS简介 5
2.3.2 DIV CSS和Table的比较 5
2.4 使用Flash进行动画设计 6
2.5 系统开发工具 6
2.6 材料力学实验的介绍 6
2.6.1 拉伸实验 6
2.6.2 扭转实验 7
2.6.3 纯弯曲实验 8
2.6.4弯扭组合实验 10
第三章 系统需求分析 12
3.1 用户功能分析 12
3.1.1 普通模块 12
3.1.2 实验模块 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
具 6
2.6 材料力学实验的介绍 6
2.6.1 拉伸实验 6
2.6.2 扭转实验 7
2.6.3 纯弯曲实验 8
2.6.4弯扭组合实验 10
第三章 系统需求分析 12
3.1 用户功能分析 12
3.1.1 普通模块 12
3.1.2 实验模块 12
3.2 管理员功分析 13
3.2.1 管理员的基本功能分析 13
3.2.2 管理员的扩展功能分析 13
3.3 整体功能分析 15
第四章 材料力学虚拟实验系统设计 16
4.1 系统综述 16
4.2 学生用户模块设计 17
4.2.1 功能结构 17
4.2.2 学生用例图 24
4.3 管理员用户模块设计 24
4.3.1 功能结构 24
4.3.2 管理员用例图 28
4.4 数据库设计 29
4.4.1 数据库详细描述 29
4.4.2 概念模型图 34
4.5 应对各种需求采取的策略 34
第五章 材料力学虚拟实验系统实现 37
5.1 系统页面实现 37
5.1.1 综述 37
5.1.2 网站主页 37
5.1.2 学生注册 38
5.1.3 进入实验 39
5.1.4 生成实验数据 40
5.1.5 完成报告 41
5.1.6 教师管理页面 43
5.2 核心代码设计 45
5.2.1 Dao层代码 45
5.2.2 业务层代码 46
5.3 系统创新点 48
第六章 系统测试 49
6.1 测试的定义及目标 49
6.2 测试的原则 49
6.3 测试的步骤 49
6.3.1 需求测试 49
6.3.2 界面测试 50
6.3.3 功能测试 50
6.3.4 性能测试 50
6.4 测试结果 50
结 论 51
致 谢 52
参考文献 53
绪论
课题研究背景
材料力学是固体力学的一个分支，它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。
许多院校正在致力于开发虚拟实验的平台，来让学生对某些重要的实验进行预习和模拟操作。比如像本材料力学虚拟实验系统，就是为在校的学生提供虚拟实验平台，让他们不受时空的限制，通过互联网访问学校提供的实验平台进行虚拟实验的预习和操作，然后再去实验室进行真实的实验，最后在此系统中提交报告和疑问。老师也希望借此系统来管理学生的信息，了解学生对实验的预习情况，并希望通过网络来获取学生的作业，综合各项指标来对学生打分。由于实验数据交互量大，通过虚拟网站来进行实验，一方面能使学生更好的学习实验的内容，另一方面也使老师管理更加的简洁和容易。这种网络操作和管理成为现在的趋势，并希望这种趋势取代原有的纸质提交和互动的做法。在此背景下学生能够在任意的时段和地点进行课程的预习和学习。因此，此系统便被开发出来。
1.2课题的研究架构
本系统主要采用瀑布模型的软件工程开发思想，将网站的实现和设计分开来，并通过设计一系列阶段顺序展开。首先和此系统的需求方——材料力学实验室交流并分析需求。在充分获得项目需求之后，撰写需求文档并定制课题实现的框架。在框架确定的基础上，进行程序编写。再通过浏览器大量的测试。最后再和需求方进行沟通修改以及维护。
图1 瀑布模型示意图
说明：图1是瀑布模型研究方法的结构示意图，其中“程序编码”是本系统实现的重点和核心。系统主要采用OOP的计算机编程框架。它的一条基本原则就是程序是由单个单元或者对象组合而成，其中这些单元或者对象能够起到子程序的作用。它的核心思想是面向对象，本系统的各个组件里面都定义了大量的对象，并且在组件之间提供了公共接口进行通信。此外，多态和继承的运用也大大丰富和简化了本系统的实现设计。
系统实现使用的相关技术和相关内容
2.1 三层架构的设计模式
通常所说的三层架构即将业务划分为：表示层、业务逻辑层、数据访问层。这种分层体现了“高内聚低耦合”的思想。表示层用于屏蔽客户端的复杂性，从而为不同的客户端，例如Web，移动客户端等等, 提供不同的视图界面，当这些界面接受到客户的响应时，这种响应可能是数据的增删查改，也可能是某种特别的动作，视图层将调用业务层相应的模块。这
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2课题的研究架构 1
第二章 系统实现使用的相关技术和相关内容 3
2.1 三层架构的设计模式 3
2.1.1 表示层 3
2.1.2 业务逻辑层 4
2.1.3 数据访问层 4
2.2 JSP和Servlet的服务器端的开发模式 4
2.2.1 JSP和Servlet简介 4
2.2.2 JSP和Servlet比较 5
2.3 DIV CSS前台设计模式 5
2.3.1 DIV CSS简介 5
2.3.2 DIV CSS和Table的比较 5
2.4 使用Flash进行动画设计 6
2.5 系统开发工具 6
2.6 材料力学实验的介绍 6
2.6.1 拉伸实验 6
2.6.2 扭转实验 7
2.6.3 纯弯曲实验 8
2.6.4弯扭组合实验 10
第三章 系统需求分析 12
3.1 用户功能分析 12
3.1.1 普通模块 12
3.1.2 实验模块 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
具 6
2.6 材料力学实验的介绍 6
2.6.1 拉伸实验 6
2.6.2 扭转实验 7
2.6.3 纯弯曲实验 8
2.6.4弯扭组合实验 10
第三章 系统需求分析 12
3.1 用户功能分析 12
3.1.1 普通模块 12
3.1.2 实验模块 12
3.2 管理员功分析 13
3.2.1 管理员的基本功能分析 13
3.2.2 管理员的扩展功能分析 13
3.3 整体功能分析 15
第四章 材料力学虚拟实验系统设计 16
4.1 系统综述 16
4.2 学生用户模块设计 17
4.2.1 功能结构 17
4.2.2 学生用例图 24
4.3 管理员用户模块设计 24
4.3.1 功能结构 24
4.3.2 管理员用例图 28
4.4 数据库设计 29
4.4.1 数据库详细描述 29
4.4.2 概念模型图 34
4.5 应对各种需求采取的策略 34
第五章 材料力学虚拟实验系统实现 37
5.1 系统页面实现 37
5.1.1 综述 37
5.1.2 网站主页 37
5.1.2 学生注册 38
5.1.3 进入实验 39
5.1.4 生成实验数据 40
5.1.5 完成报告 41
5.1.6 教师管理页面 43
5.2 核心代码设计 45
5.2.1 Dao层代码 45
5.2.2 业务层代码 46
5.3 系统创新点 48
第六章 系统测试 49
6.1 测试的定义及目标 49
6.2 测试的原则 49
6.3 测试的步骤 49
6.3.1 需求测试 49
6.3.2 界面测试 50
6.3.3 功能测试 50
6.3.4 性能测试 50
6.4 测试结果 50
结 论 51
致 谢 52
参考文献 53
绪论
课题研究背景
材料力学是固体力学的一个分支，它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。
许多院校正在致力于开发虚拟实验的平台，来让学生对某些重要的实验进行预习和模拟操作。比如像本材料力学虚拟实验系统，就是为在校的学生提供虚拟实验平台，让他们不受时空的限制，通过互联网访问学校提供的实验平台进行虚拟实验的预习和操作，然后再去实验室进行真实的实验，最后在此系统中提交报告和疑问。老师也希望借此系统来管理学生的信息，了解学生对实验的预习情况，并希望通过网络来获取学生的作业，综合各项指标来对学生打分。由于实验数据交互量大，通过虚拟网站来进行实验，一方面能使学生更好的学习实验的内容，另一方面也使老师管理更加的简洁和容易。这种网络操作和管理成为现在的趋势，并希望这种趋势取代原有的纸质提交和互动的做法。在此背景下学生能够在任意的时段和地点进行课程的预习和学习。因此，此系统便被开发出来。
1.2课题的研究架构
本系统主要采用瀑布模型的软件工程开发思想，将网站的实现和设计分开来，并通过设计一系列阶段顺序展开。首先和此系统的需求方——材料力学实验室交流并分析需求。在充分获得项目需求之后，撰写需求文档并定制课题实现的框架。在框架确定的基础上，进行程序编写。再通过浏览器大量的测试。最后再和需求方进行沟通修改以及维护。
图1 瀑布模型示意图
说明：图1是瀑布模型研究方法的结构示意图，其中“程序编码”是本系统实现的重点和核心。系统主要采用OOP的计算机编程框架。它的一条基本原则就是程序是由单个单元或者对象组合而成，其中这些单元或者对象能够起到子程序的作用。它的核心思想是面向对象，本系统的各个组件里面都定义了大量的对象，并且在组件之间提供了公共接口进行通信。此外，多态和继承的运用也大大丰富和简化了本系统的实现设计。
系统实现使用的相关技术和相关内容
2.1 三层架构的设计模式
通常所说的三层架构即将业务划分为：表示层、业务逻辑层、数据访问层。这种分层体现了“高内聚低耦合”的思想。表示层用于屏蔽客户端的复杂性，从而为不同的客户端，例如Web，移动客户端等等, 提供不同的视图界面，当这些界面接受到客户的响应时，这种响应可能是数据的增删查改，也可能是某种特别的动作，视图层将调用业务层相应的模块。这
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