土木工程结构实验

土木工程结构实验（精选8篇）

土木工程结构实验 第1篇

一、当前实验室建设存在的问题

在我国,目前各高校实验教学水平的高低是其教学、科研以及管理水平等方面的重要标志,对于土木工程专业而言,实验的重要性更不可小觑。目前我国高校的结构实验教学主要是补充课堂教学的一项内容及手段,同时通过实验培养学生的创新能力和实践动手能力。笔者通过分析实验室建设的现状,发现了一些问题。

1. 教学问题

学习土木工程专业知识必须理论与实践相结合,学生学习了理论知识后,还必须通过动手实践证实并巩固理论基础,实验的操作要在课本以及教师的指导下进行,相关专业和知识原理之间存在相互联系的关系,但是,混凝土结构的设计并不具备唯一性,理论计算与实际施工存在一定的误差,以至于有些学生对实验结果不能进行准确的掌握和判断,导致整个实验过程中出现意想不到的情况而不知所措。

2. 科研问题

土木工程专业涉及很多的科研项目,这些科研项目都需要通过实验进行研究。目前我国很多土木工程学校的教师每周都有很大的教学工作量,教学任务繁重,因而无法保证教师具有足够的精力投入到科研工作中,往往体现在很多高校教师在科研工作上无所作为,积极性不高。于是产生的结果又导致实验室对科研成果的有效利用率较低,这就制约了学校专业化高水平的发展[1]。

3. 管理问题

结构实验室在整个教学工作中处于从属的地位,因而对专门从事实验指导和研究工作的实验教师缺乏足够的重视,这会对实验教师工作的积极性和工作效率产生负面影响。此外,在管理制度上存在一定的缺陷,管理者对实验教师业务水平提高方面缺乏重视,直接导致专职实验教师严重欠缺,专业实验技术师资力量不稳定,流动性较大,严重影响了土木工程专业学生在实验方面的学习质量与效果。

4. 学生综合水平问题

结构实验室在设备上的欠缺,会导致学生的学习和实验必须通过分组多人进行,延长了课程教学的实验周期,导致教师实验教学任务量增大。教师教学辛苦,学生学习也不方便,而且在对学生学习结果进行成绩评定的时候也缺乏平等的操作性。实验室场地有限,然而仪器设备都是超重超大型的,而且实验所用的试件也是超大型的,设备的有限,根本无法让每个学生都能亲自动手制作试件和操作仪器,使得学生无法对设备及实验目的进行更深入了解,无法充分调动学习积极性,同时也影响了创造力和动手能力的培养与发挥。

二、实验室建设改革对策研究

1. 加强实验训练,实施开放式管理

高校管理人员要重新认真地审视土木工程专业教学中实验教学的重要性,从学校的实际建设工作出发,重视实验教学在专业教学中的地位和作用,抛弃实验教学处于理论教学附属地位的思想观念,真正将其作为理论教学重要的辅助手段,加强理论教学与实验教学相结合,特别是在对高技能应用型人才的培训方面,要尊重实验教学的重要地位。土木工程专业是实践性非常强的专业,对学生的创新能力和动手实践能力的要求都非常高,今后开放性的实验将会不断在课程教学中开设,实验教学的改革将会成为必然的发展趋势[2]。积极推进土木工程专业教学的开放性实验教学,通过独立的思考,让学生在实验操作中发现问题、观察问题、思考问题,进而解决问题,逐渐培养动手实践能力和创新能力。此外,一个开放性和综合性实验室的建立,能够有效地从整体上提高学校土木工程专业实践水平,再将其与相关科研项目进行结合,对实验教师业务以及素质的提高有很大帮助。

2. 加大实验设备投入,提高设备使用率

当前全国高校招生规模还处于不断扩大的趋势,很多新的学科以及专业在不断地增加,结构实验室的实验设备也应该紧跟时代的步伐,与时俱进,一些陈旧的设备如果无法再满足教学要求就必须淘汰掉。在实验教学过程中出现了实验方法简单、单一的情况,有些高校提供的实验设备甚至无法满足基本的科研与教学要求。因此,如今对学校实验的改革要从整体的规划做起,通过资金的有效筹集,积极争取实验室建设经费,在强化实验室基础建设的前提下再加大对实验设备的投入,逐渐将陈旧老化的实验设备淘汰,为土木工程专业学生配备先进足量的实验器材,提供更为精密的实验仪器,同时面向校外开放,最大限度地提高实验设备的投入效益和产出效益[3]。此外,科研室还要积极争取更多的机会组织教师展开各种科研课题的研讨,对实验室的使用给予更多优惠政策,对科研成果的开发实施有效的奖励措施,激发更多的实验工作者从事实验开发任务,为实验室工作的进行营造良好的学习研究氛围,同时有效提高实验设备的使用率。在实验教学上,积极鼓励学生进行土木工程专业相关课题的探讨和实验,让学生开动脑筋,自行开创设计性实验,奖励在实验方面取得较好成绩的学生。这样充分调动教师与学生的工作、学习积极性,才能为实验室的利用营造良好的氛围,不断拓展实验室的利用空间,真正实现实验室的利用价值。

3. 健全实验制度, 加强师资队伍建设

随着结构实验室建设工作的推进,高校管理人员对实验教学的重视逐渐加大,这同时对实验教师提出了更高的教学要求,师资的培养工作成为非常重要的任务。高校管理人员必须建立健全土木工程专业相关的实验管理规章制度,对实验教师的教学水平和业务水平进行全方位的培训,同时处理好职称晋升以及工作待遇等问题,在对工作成绩进行表扬和奖励的基础上提高其工作积极性,使更多的实验教师在实验教学工作上兢兢业业并实现自我价值。此外,为了确保高校的实验教学顺利开展,还必须加强对能力强、素质高的教师队伍建设,采用校企联合制度,对外招聘更多经验丰富、专业知识掌握牢固的专家进行在校教学,让土木工程专业的学生在实验教学中充分感受到实验的魅力,强化实验动手的目的性,并从制度上为实验教学质量提供保障,确保其可持续发展,逐渐构建一支业务水平和专业素质较高的实验师资团队。

三、结束语

土木工程专业的学习涉及大量的结构实验,因此在高校中,结构实验室属于科学研究、实践创新、技术开发以及社会服务的重要场所,对结构实验室的建设进行科学合理的改革,结合工程实践的综合性对实验进行有针对性的设计,并通过演示和教学,能够为学生提供一个良好的实验平台,不断提高动手能力和创新能力,同时也能进行科研创新,巩固专业知识,满足土木工程专业人才培养的社会需求。

摘要：在土木工程教学中,混凝土结构实验是其中一门非常重要的实验,实践是检验真理的唯一标准,通过实验,可以锻炼学生的动手能力和创新能力。本文通过对当前我国高校结构实验室的教学现状和存在的问题进行分析和研究,从而提出相应的改革和发展措施,以求为土木工程结构实验室的建设提供参考。

实验室空气净化工程内部结构研究 第2篇

实验室空气净化工程内部核磁共振成像技术除了X 射线摄像技术，为了获得高效空气过滤器结构和过滤过程颗粒沉积的非侵入三维信息，核磁共振技术作为一种新方法最近得到应用。核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973 年才将它用于医学临床检测。目前主要应用于以下几个方面：在高分子化学领域，如碳纤维增强环氧树脂的研究、固态反应的空间有向性研究、聚合物中溶剂扩散的研究、聚合物硫化及弹性体的均匀性研究等。

核磁共振分析技术是通过核磁共振谱线特征参数(如谱线宽度、谱线轮廓形状、谱线面积、谱线位置等)的测定来分析物质的分子结构与性质。它可以不破坏被测样品的内部结构，是一种完全无损的检测方法。同时，它具有非常高的分辨本领和精确度，而且可以用于测量的核也比较多，所有这些都优于其它测量方法。因此，核磁共振技术在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。

核磁共振成像是作为非侵入性方法发展起来的，该方法可以对具有一定形状的非透明物质的三维空间分布进行成像。因为大部分普通的固体聚合物和天然纤维的核磁共振信号太弱而不能直接测到，在多孔过滤介质填满水，原则上核磁共振信号强度和水的含量成一定的比例，而没有水的地方则为纤维，这是量化纤维过滤器内介质的关键步骤。

土木工程结构实验 第3篇

1 土木工程结构实验教学的问题

1.1 学生的问题

高中是死记硬背的填鸭式教学, 千军万马只为了挤上大学的独木桥, 语数外加上其他几门, 从进入高中开始便是一张又一张的卷子, 加上高考全是笔试, 只要理解和背诵, 靠着书上的公式解开一题又一题如此长时间的学习模式, 让学生造成了思维定势, 让他们以为学习便是理解书上的知识, 而后套用公式去解决问题, 这严重的限制了学生们的创新思想和动手能力, 土木工程的学习不仅仅是书本上的知识, 更要动手去进行实验, 去实践中才能获得真知。学生们失去了主动能力, 只会被动的接受, 不能主动积极的接受, 更惶论积极主动的进行实验, 这样的学生只能纸上谈兵, 一旦到了用时便会手忙脚乱漏洞百出, 这不是我们所希望能培养出来的, 社会需要的是动手和动脑能力同样卓越的人才。

1.2 教学资源方面

我国有很多的大学院校都开展了土木工程专业, 这是件值得欣慰的事情, 但未必所有学校都为了这项专业的开展做了充分的准备, 他们以为开展土木工程专业跟其他的许多专业一模一样, 有教师和课本以及教室就可以, 按照课本按图索骥, 让学生去理解大量书中的知识, 去死记硬背, 忽略了土木工程实验教学的重要性。与土木工程专业大量开展的同时, 优秀的师资力量缺乏这个问题也渐渐凸现出来, 肉少狼多一个优秀的教师需要大量的时间才能培养出来, 这也为实验教学的开展带来了许多的困难, 与此同时, 许多开展了土木工程专业的学校资源设备并不能跟上教学实验的需求, 土木工程实验教学所需的设备相对偏贵, 很多学校便只选择一些在预算之内的, 放弃了其他的, 这严重的限制了土木工程实验教学的开展。学校的经费预算不够土木工程的实验教学所需要的经费较多除了传统意义上的教学器材的购买、维护以及更新, 还包括了各种实验构件的制作而且土木工程专业实验教学很多构件一般都职能使用一次, 因为土木工程很多实验属于破坏性实验, 导致各种配件不能够重复使用, 消耗量大, 使得本来紧张的经费更加捉襟见肘。土木工程的教学经费大多是来自学校的投入, 但土木工程实验教学却是十分消耗资金的一块, 这使得资金问题日益严重。老牌的学校专业器材过于成旧没有更新换代, 新建专业的学校买不起教学器材和配件, 这都严重的限制了实验教学的开展。

这种种的限制条件结合在一起, 使得土木工程结构实验教学只能作为辅助手段来巩固专业理论课所学到的知识, 实验教学的管理制度的不完善, 使得实验教学只能够局限在一个小的范围内, 变成理论知识的附庸, 不能让学生们主动的动手去发现, 去理解, 进行创新实验, 严重的限制了优秀的土木工程专业人才的培养。

2 土木工程实验教学问题的探索和改革

2.1 提高学生的积极主动性

学生作为土木工程实验教学的主体如果不从根本上改变他们的认知, 那么其它的改变也毫无益处, 土木工程是一个实践性很强的专业, 而不是大多数学生认为的那样, 实验教学仅仅只是土木工程的衍生品, 只要将理论知识死记硬背便可以, 导师要努力让学生们想要主动的动手去做去研究。在这一方面, 学校可以大力开展试验, 培养起学生对试验教学的兴趣, 同时强调实验教学对于土木工程专业的重要性学校可以通过开展讲座等一系列的活动提高学生们对于试验教学的重视, 让他们加深对实验教学的认知, 同时, 要带学生进入社会实践, 让他们参观一些工程, 加强他们对于实验教学的好奇心和参与性, 通过一系列的手段让学生能够积极主动的参与进入土木工实验教学。学校可以开放实验室给学生自主实验, 通过教师的指引和书本知识, 让学生能够主动积极的去进行一些实验, 培养学生的动手能力和主动积极性学校可以增设开放性实验, 通过开放性实验, 学生需要积极主动的去参与, 去寻找实验必须的资料。同时, 应该将实践与实验相结合, 学校可以让学生参与进教师的科研项目, 这从一定的方面增强了学生的主动性, 动手能力和主动性, 也从一定的方面缓解了实验室资金的紧张, 而且教师的科研项目成功后也可以为实验室带来更多的资金, 一方面解决了资金问题;另一方面也增加了学生的见识, 培养了学生的创新能力和动手能力, 增长了学生的见识, 一举多得, 何乐而不为。

2.2 学校加强对实验教学的重视

一个优秀的实验需要优秀的导师, 实验室导师有必要提高自身的素质。学校在大力加大对实验资金投入的同时也可以通过实验室对外开放来吸取维护实验室运转的必要资金, 通过科研资金维护更新实验室。完善实验室管理制度, 必要时候可以引进其他成熟实验室的研究成果, 为实验室的进一步发展打好基础。

3 结语

土木工程的实验教学是培养人才的一个重要手段, 学校要为社会培养出全能型的土木人才, 那么实验教学必不可少。本文通过对于目前一些状况的分析, 提出解决了方案。学校要培养出学生的动手能力和主动性, 同时通过各种手段解决实验室经费问题, 通过解决这些问题, 开展实验教学, 为社会培养出有用的土木人才, 为社会主义的发展做出巨大的贡献。

参考文献

[1]张锋剑, 刘志钦.土木工程结构实验教学存在问题及改革探索[J].山西建筑, 2011, 38 (24) :23-25.

工程结构减振教学实验的创新实践 第4篇

随着科学技术的进步和城市轨道交通事业的发展, 新型实验设备与自控技术的不断发展, 新型减振材料与技术的不断推新, 该课程的内容也在不断扩充和更新。该创新实验设置了多项可操作性、创新性和开放性的实验内容, 以学生自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验为主要实验手段, 教师只对学生参与的实验工作内容做规划, 指导学生对项目的实施目标、实施方案、预期效果进行详细的设计, 在调查研究、分析论证、实验检验、数据分析等方面引导学生进行独立思考和钻研探索;注重学生对实验的自主驾驭过程, 着重培养学生在实验过程中的创新思维能力和创新实践能力。

1 创新实验的设计

1.1 指导原则

工程结构减振实验的教学任务是通过理论和实验的教学环节, 使学生熟悉地下工程与高架的振动的原因机理及减振措施, 掌握结构动力特性振动实验的基本方法和程序, 同时具备熟练使用LMS振动噪声分析系统的进行模态分析的能力, 准确判断结构动力特性, 从而可以设计新型减振结构, 并动手完成减振结构模型;通过设计实验方案加以验证。并能根据试验结果对结构做出正确分析与判断, 提高学生的创新意识及动手能力, 为学生从事地下工程监护、高架与轨道养护维修工作打下基础。

1.2 创新实验的来源

联系轨道交通地铁运行现状, 地铁振动主要是由轮轨作用脉动力引起。脉动力与枕木固有频率、钢轨刚度、道碴刚度等参数有关, 钢轨刚性越大, 脉动力变化越小。减轻地铁振动危害的最直接和有效的办法就是减轻振源的振动, 而轨道的振动是引起周围环境振动的振源。钢轨扣件是阻尼弹簧结合的轨道减振系统, 吸收并耗散振动能量;具有较好的减振降噪效果。

对于地铁沿线的建筑物, 减振措施主要有隔振和避免共振两个措施。隔振就是把建筑物与振源隔离开, 阻止振动波向建筑物输入。通过改变建筑物的自振频率, 避开与地铁诱发的环境振动共振的频率, 可以减轻地铁沿线建筑物的振动。由于结构的自振频率与质量和刚度的分布密切相关, 所以通过调整建筑物的质量分布或局部构件的刚度大小就可以改变结构的自振频率。

1.3 创新实验方案

既然振动的振源取决于材料刚度与阻尼器, 避振也是要改变材料质量和构件的刚度, 而隔振就是与振源隔离开。所以, 创新实验中学生根据自己的设想设计成不同形式的结构模型, 通过调节材料刚度质量、支座约束、激振方式、阻尼传导等实现结构的减振效果。减振实验的具体调节方法如以下几点。

(1) 调节支座约束:采用悬臂梁与简支梁等约束。 (2) 调节激振方式:采用锤与激振器等激励。 (3) 调节材料刚度质量:采用不同材料刚度和带附加质量。 (4) 改变阻尼:采用阻尼支座与带传导阻尼等。

2 创新实验的过程

2.1 实验系统的组成

结构减振教学系统由锤、激振器、振动台、8通道的SCAD数据采集器及LMS Test lab振动分析系统组成。为了方便改变结构特性, 最简单的方式就是通过改变振动台上梁的支座约束方式;同时为了在模型上能进行振动控制实验研究, 振动台上梁可以换成不同材料规格尺寸;为了实现不同减振方案, 振动台上设计成装卸方便, 并注意梁和台架的连接, 保证振动台与梁形成一个整体。

2.2 激励方式

本实验系统除了带力传感器的锤激励方式外, 还增设了带力传感器的激振器, 可控制激励大小, 并模拟地震的激励方式。通过LMS Test lab振动分析系统控制的激振器运动, 从而达到控制振动台上的梁振动。

2.3 实验过程

(1) 振动测量的仪器连接, 梁上加速度传感器与锤或上力传感器与SCAD数据采集器相连, 数据采集器再与带LMS振动噪声分析系统的计算机相连接。检查各仪器之间连线无误后, 再开启电源。为带阻尼支座的减振试验。 (2) 打开带LMS振动噪声分析系统的计算机。 (3) 设定SCAD数据采集器的采样通道、采样频率和采样时间, 准备采集振动信号。 (4) 用一个锤子或激振器沿铅直方向敲击被测振动系统的适当部位, 激起弯曲振动, 记录下三个加速度计的自由振动信号。 (5) 对记录下的三个自由振动信号进行频谱分析, 根据频谱分析结果的频率、幅值和相位信息确定系统的三个固有频率和主振型。

2.4 测试手段

在振动台上梁试件上安装加速度传感器, 通过测试梁的加速度反应, 可以得出结构动力特性 (包括固有频率及主振型测量) 。测试系统采用比利时的LMS Test lab振动分析系统。

3 创新实验效果

3.1 实验数据的比较分析

学生通过做两两对照实验, 比较分析各种工况梁各阶固有频率及振动幅度的实验数据;得出的结论是振动的影响因素有很多, 而振动的源头和约束对物体的振动频率起着非常大的影响。其中振源就是一个最不能忽略的重要因素, 而振源大小也受很多条件的支配, 约束就是其中的一个支配条件, 从振源到所监测的点之间的约束越多振幅也就越小, 对周围环境和建筑物的影响就越小。

3.2 学生联系地铁的振动实际, 得出可以采取的减振措施

(1) 从支座角度考虑, 在简支梁上的激振实验振动幅度较小, 减振效果较好;地铁高架桥设计成整体连续梁。 (2) 从约束角度来说, 可以增加约束个数从而达到减振效果;在地铁的铁轨扣件要采用新型弹性扣件。 (3) 从传播路径角度而言, 中间加约束可以达到减振效果。为了隔断地铁振动向建筑物的传播, 可以在轨道两侧或者建筑物周围挖一定宽度和深度的隔振沟, 可以达到隔离振动的目的。

总之, 学生通过创新实验独立设计创新结构减振方案, 开发出不同形式的结构模型, 并通过实验加以验证, 很好锻炼了学生动手能力与创新思维, 达到了创新实验的教学目的。

参考文献

[1]宋凤莲, 刘梅清, 巫世晶.多层次开放式工程实践教学模式研究[J].实验技术与管理, 2007.

[2]郭庆丰.研制、更新实验装置, 培养学生的能力[J].实验技术与管理, 2002.

土木工程结构实验 第5篇

目前轨道交通工程的大型结构试验往往受到场地和设备的限制, 比如轨道交通工程中振动与噪声课题, 做模型试验有“失真”效应;若要研究某一环境参数对轨道结构的影响, 需要制作多个类似构件, 而反复进行试验则往往需要耗费大量的人力、财力和时间成本。

随着高性能计算机的逐步普及和数值仿真软件的不断完善, 大量优秀的数值仿真软件如AN-SYS、ABAQUS、ALGOR和土木工程专用分析设计软件SAP2000、ETABS、PKPM等广泛普及, 计算机仿真试验研究、工程设计、施工模拟等在交通工程各领域运用越来越广泛。利用仿真试验可以完全模拟足尺结构进行试验, 研究参数影响只需调整几个参数的输入, 还可以考虑各种因素综合影响。对于研究各种灾害因素对轨道结构产生的破坏, 长期荷载作用及其车辆高速运行作用下结构的破坏过程这些真实试验难以模拟的情况, 仿真结构试验更有其独特的优势[1]。

二、结构仿真实验教学的改革

随着结构仿真软件飞速发展, 多数设计院以及施工单位的工程结构设计的流程是概念设计、工程结构设计、工程软件仿真分析、工程试验检测;而在轨道交通工程实验教学中, 单独为轨道工程、钢结构结构设计、混凝土结构设计课开设实验的现状, 既不符合目前工程结构设计的流程, 更不利于学生综合能力的培养。

由此我们对实验课程教材、内容进行了一系列的改革, 将混凝土结构、钢结构结构、轨道工程的课程设计与试验各合为一门课程, 将软件结构仿真分析作为各课程的内容;由结构仿真验证原有的课程设计计算, 通过实体实验证明原有的设计方案, 既加强对学科知识体系的了解, 又符合目前工程设计的实际流程, 有利于学生的创新能力与就业能力的培养。

(一) 新编创新实验课程教材

新编写的三本创新实验课程教材, 包括混凝土结构课程设计与试验检测、钢结构课程设计与试验检测、轨道工程课程设计与试验检测。每门课程是按照目前实际工程结构设计的流程, 采用实际案例设计的流程, 综合运用本课程知识, 通过各种软件的结构仿真分析, 对结构的工作性能、承载力作出正确评价与估计, 再通过实验设备测试与结构有关的各种参数, 从而理解和验证结构的计算理论。教材的特点涉及知识面广, 综合性、实践性强[2]。

(二) 创新实验课程的内容设计

根据轨道交通工程的实际, 创新实验课程, 通过采用结构仿真分析软件, 构建设计、分析、演示、验证的多层次的综合实验教学模式, 促进实验教学由单一的验证性实验向综合的创造性的实验转变。

1. 混凝土结构设计与试验检测

课程的基本要求是学生能运用所学的理论与设计方法, 进行钢筋混凝土车站的设计, 对车站进行受力设计计算, 并按比例尺图绘制。其次, 通过SAP2000、PKPM结构仿真分析计算, 从而对原有的计算进行验证, 同时根据仿真分析计算的变形结果, 设计该结构的模型实验检测方案, 完成模型的工程检测, 并能根据检测结果对结构原有设计作出正确分析与判断。

2. 钢结构结构设计与试验检测

课程的基本要求是学生能运用所学的理论与设计方法, 进行空间钢桁架的设计, 对该桁架进行受力计算, 该桁架结构综合设计性强, 可拼装成多种不同形式的空间杆系结构。其次, 通过SAP2000、PKPM结构仿真分析, 对该结构进行杆件受力计算, 从而对原有的计算进行验证。同时根据仿真分析计算的结果, 设计该桁架的模型实验方案, 完成模型的工程检测, 通过对试验数据的分析与评定, 优化原来的桁架结构, 从而培养学生解决工程实际问题的能力。

3. 轨道工程设计与试验检测

课程的基本要求是学生能运用所学的理论与设计方法, 进行整体道床的轨道结构包括道岔等附属结构的设计计算。其次, 通过ABAQUS、AN-SYS结构仿真分析计算, 判断轨道结构的疲劳与振动特性, 发现轨道的薄弱部位和破坏特征, 设计轨道钢轨无损探伤检测的方法和程序, 通过对试验数据的分析与评定, 对钢轨伤损作出正确分析与判断, 提出钢轨的修复和加固的措施, 为学生今后的实际工作打下基础[3]。

三、结构仿真实验教学中的优势

交通工程结构实验室开设结构仿真实验室[4], 把结构仿真软件的使用引入专业课实验教学中, 改革传统的教学手段, 既加深对专业理论知识的理解, 提高学生学习专业课的兴趣和主动获取知识的积极性, 又可作为大学生创新的平台, 也可以作为教师的科研创新平台。

(一) 激发学生学习兴趣, 加深对理论概念的理解

一般的结构试验加载过程漫长, 试验所获得的结果往往是数据形式, 因此试验过程比较枯燥。而结构仿真可以实时反映试验的图形结果, 通过发挥计算机的友好界面, 可以提高学生学习专业课的兴趣和主动获取知识的积极性。而结构仿真则可以发挥学生的创造性和参与性, 通过计算机模拟试验整个过程, 实现互动启发式教学[5,6]。

(二) 开设创新实验, 开阔学生的视野

通过结构仿真, 学生可以开展创新试验项目。比如对于试验设备不完备、使用设备精密、试验损耗大的试验, 在结构仿真中, 由于可以反复试验, 参数可以自行调整, 学生可以根据同一试验构件设计不同的试验方案以及同一试验方案不同构件材料特性, 了解各参数对试验结果的影响, 加深对结构新的认识[7]。

(三) 熟悉软件使用, 提高就业能力

随着计算机技术以及仿真软件飞速发展, 在工程设计单位, PKPM、ETABS、SAP2000等优秀设计软件被广泛使用, 多数大型设计院以及大型施工单位, 对复杂结构的设计及施工均要求利用数值模拟仿真软件分析受力性能, 所以作为轨道交通工程师的一种必备技能, 结构仿真分析软件已成为当代大学生必须掌握的一种工具。

(四) 开展科研项目, 提高教师科研能力与教学水平

结构仿真实验室作为新的实验教学平台为教师提供良好的教学科研条件, 教师通过开展科研项目, 不断提高科研能力与学术水平, 才能将新成果和新技术及时、准确、生动地融合在自己的实验教学中。只有不断提高教学水平和教学质量, 才能应对高等教育培养创新人才的要求[8]。

四、结语

交通工程结构实验室是培养学生工程实践能力和创新实践能力的重要基地, 而实验教学内容要与工程实际相结合, 通过结构仿真可拓展专业课的实验教学空间, 既丰富课程体系与知识体系, 又符合实际工程结构设计的流程。

在专业课实验教学中引入结构仿真软件的使用, 体现了实验教学的特点, 遵循了实验教学规律, 有利于学生全面巩固和掌握所学知识, 调动了主动研究的探索精神, 有利于学生的创新能力与就业能力的提高。

参考文献

[1]王常明, 王清, 范建华.计算机仿真在土力学实验教学中的应用[J].高等建筑教育, 2005, (4) .

[2]唐星焕.虚拟现实技术在建筑专业教学中的应用[J].湘潭师范学院学报, 2003, (4) .

[3]林安珍, 郑荣跃.仿真模拟技术在建筑材料实验教学中的应用[J].宁波大学学报 (理工版) , 2005, (2) .

[4]傅秀芬.创建世界一流大学实验室建设与管理的相应对策[J].实验技术与管理, 2005, 22 (8) .

[5]金凤莲, 兰振平, 牛悦苓.仿真虚拟实验教学的探索与实践[J].中国现代教育装备, 2007, 47 (1) .

[6]张冰.计算机仿真实验的教学应用及发展前景[J]理工高教研究, 2005, 24 (3) .

[7]乔文孝.仿真技术在实验教学中的应用[J].实验技术与管理, 1998, 15 (4) .

土木工程结构实验 第6篇

有关磁力轴承刚度的特性与规律历来研究不多, 对刚度的定义也还没有形成完全的界定, 对于实验测定刚度的方法研究亦较少。清华大学的赵雷等[1]与上海大学的汪希平[2]在早期分别采用信号生成系统、信号测试分析系统和在外部激振的方式测得磁力轴承的动刚度和刚度-频率曲线, 但是这些实验比较简单, 对刚度的特性研究非常有限, 并且大多研究将磁力轴承的刚度与阻尼等同于弹簧阻尼系统的刚度与阻尼[3], 然而磁力轴承的刚度是由其结构、控制等多种因素决定的, 不同于弹簧阻尼的由材料确定的材料刚度, 故本文研究中的磁力轴承的刚度为结构刚度 (以区别于普通刚度) 。本文以磁悬浮盘片系统为实验对象, 测量磁悬浮系统结构静刚度与结构动刚度, 研究结构静刚度和结构动刚度的变化规律与特性, 为支承特性理论提供实验依据。另外, 本文比较了采用直接加载外力实验方法以及采用控制系统激励以模拟外力实验方法的实验结果, 结果表明两种方法都可以测量系统刚度。

1 结构静刚度与结构动刚度定义

单自由度磁悬浮系统转子的整个悬浮过程可以用图1所示转子的时间—位移曲线表示, 分为4个阶段:起浮阶段、稳定工作阶段、外力作用阶段、外力作用下稳定阶段。其中外力作用阶段与外力作用下稳定阶段是磁力轴承主要工作状态, 故结构动刚度与结构静刚度研究的是这两个阶段的磁力轴承抵抗变形的能力。将这两个阶段放大, 得到如图2所示的位移曲线。

1.起浮阶段 2.稳定工作阶段 3.外力作用阶段 4.外力作用下稳定阶段

1.初始平衡位置 2.在外力作用下到达的位移平衡位置 3.参数c 4.参数a 5.参数b

在外力作用下到达的位移平衡位置偏移初始平衡位置的偏差a= (c1+c2+…+ci) /i=Δx (时间采样点i=1, 2, …, n) ;位移曲线最大峰值b=|c+max|+|c-max|;峰值偏离平衡位置的最大距离, 也叫最大超调量cmax, 是在一段采样时间内获得的最大数据 (i=1, 2, …, n) 。

本文根据参数a、b、c定义磁力轴承结构静刚度与结构动刚度。在外力作用下的稳定工作阶段: 磁力轴承结构静刚度

KJ=FW/a

在外力作用阶段:磁悬浮系统结构动刚度1

KD1=FW/Δx

磁悬浮系统结构动刚度2

KD2=FW/cmax

2 实验设备

本实验由磁悬浮盘片系统、B&K振动仪、万用表、砝码等组成, 如图3、图4所示。各参数如表1所示。

忽略测量时的外界噪声干扰、基座振动干扰、盘片制造误差, 以及加载位置的误差, 且只采集一个盘片回路, 即本实验只研究其中的S3位移值与电流值。

3 结构静刚度的测量

在盘片中心位置下方加载砝码, 将传感器采集的位移信号转换成位移, 将万用表测得的电压转换成电流, 根据数据计算c、b、a。绘制的外力-电流图、外力-位移曲线图、外力-动刚度2曲线图分别如图5、图6、图7所示。

1.电磁力计算公式得到的外力-电流曲线2.实验测得的外力-电流曲线

1.b-FW曲线 2.cmax-FW

由图5、图6、图7可见, 在大气隙 (大于5mm) 下, 电磁力计算公式不再适用 (该公式只适用于小气隙的场合) 。系统在小外力的情况下振动最好, 但不是外力越大越差, 而是在中间的某个外力值使系统达到最大的超调量与最大的峰值, 此时系统性能最差。系统具有很好的静态性能, 在最大承载力范围内能保证稳态准确。

4 结构动刚度的测量

用B&K激振器对盘片加载不同正弦信号的激振力。

4.1加载大小为1N, 不同频率的激振力

根据测量数据, 计算出Δx、动刚度1 (Δx) 、超调量c (mm) 、最大超调量cmax、最大峰值b (mm) 、动刚度2 (FW/cmax) , 据此绘制的激振频率-位移曲线、激振频率-三种位移曲线、激振频率-动刚度1曲线、激振频率-动刚度2曲线, 分别如图8、图9、图10、图11所示。

1.f-b 2.f-cmax 3.f-Δx

1.f-KD1 2.f-KD2

由图8至图11曲线可见, 在8Hz左右系统存在共振频率, 这与以前的实验结果相一致[4];在中间频率系统振动比较明显, 控制电流最大, 电磁力最大, 导致平衡位置上移;系统动刚度与外力的频率相关, 频率较大和较小时刚度相对增强, 尤其是高频部分, 中间部分刚度相对而言低些, 这与文献[2]研究结论一致;用动刚度1 (FW/Δx) 与动刚度2 (FW/cmax) 描述磁力系统的结构特性有相同的效果, 因此, 用两种方式描述结构动刚度都可以;在稳定范围内系统抵抗高频的性能最好, 其次是较低频率范围, 在共振频率附近最不好。

4.2加载频率为10Hz, 不同大小的激振力

同样, 根据测量数据绘制的外力-位移曲线、外力-三种位移曲线、外力-动刚度曲线、外力-动刚度2曲线, 分别如图12、图13、图14和图15所示。

1.FW-b 2.FW-cmax 3.FW-Δx

1.FW-KD12.FW-KD2

从图12～图15可见, 外力在很小范围内对系统影响不明显, 如本系统中外力小于1N, 但随着外力的增大, 系统稳定性变差, 振动振幅加大, 直至失稳边缘;系统抵抗变形的动刚度随着外力而减小, 在最大承载力附近达到最小, 超过此值系统失稳;当讨论动刚度与外力频率关系的时候, 用动刚度1与动刚度2描述效果一样。但当讨论的是系统动刚度与外力大小关系的时候, 用动刚度1与动刚度2描述的效果是不相同的;系统动态承载力远远小于静态承载力。

5 比较两种测量动刚度方案的结果

在此次实验前用另外一种方法对盘片加激振外力, 在一路电涡流传感器的输出中设计了附加干扰模块电路, 模拟传感器受到的外界干扰[4,5]。通过信号发生器产生幅值可调、频率可调的正弦波, 把盘片位移传感器S1的输出信号与信号发生器产生的正弦波叠加输入到控制系统中, 改变信号发生器输出的正弦波幅值、频率, 直到磁悬浮盘片失稳、跌落为止, 通过示波器观察盘片三路位移发生器输出信号的变化, 得到图16所示的盘片最大振幅与正弦波频率曲线 (选取其中S3) 。

(1) 0.3V时改变不同频率, 用得到的数据绘制的激励频率-最大超调量曲线、激励频率-等效刚度曲线如图17、图18所示 (40Hz盘片失稳) , 等效刚度Ke为电压与最大超调量的比值, 即Ke=U/cmax。

(2) 10Hz时不同电压下得到的数据绘制的电压-最大超调量曲线与电压-等效刚度曲线, 如图19、图20所示。

比较图17与图9, 最大超调量趋势基本相同, 比较图18与图11, 动刚度2基本趋势也相同;比较图19与图13, 最大超调量趋势基本相同, 比较图20与图15, 动刚度2趋势也基本相同, 说明本次实验测量正确。

6 结论

(1) 磁悬浮系统在外力作用下稳定阶段抵抗高频干扰的能力强, 抵抗低频干扰的能力较强, 抵抗中间频率干扰的能力较弱;

(2) a、b、c是研究动刚度的3个重要参数, 频率-a、b、c曲线与外力-a、b、c曲线反映磁悬浮系统随外力频率与大小变化时振动的状态;

(3) 动刚度1与动刚度2在描述频率与刚度之间关系的时候是相同的, 在描述外力大小与刚度之间关系的时候是不相同的;

(4) 系统动刚度在外力频率较大和较小时比较好, 尤其在相对高频部分刚度好, 中间部分刚度低;

(5) 动刚度1随外力增大而减小, 动刚度2随外力增大先增大再减小再增大。

(6) 用直接对对象加激振力的方法与在控制环节对对象加载正弦信号方法测结构动刚度都是可以的。

参考文献

[1]赵雷, 丛华.可控磁悬浮轴承刚度与阻尼特性研究[J].清华大学学报, 1999, 39 (4) :96-99.

[2]汪希平.电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析[J].应用力学学报, 1997, 14 (3) :95-101.

[3]胡业发, 周祖德, 江征风.磁力轴承的基础理论与应用[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[4]张薇薇.基础运动对磁悬浮转子系统动力学特性的影响研究[D].武汉:武汉理工大学, 2009.

土木工程结构实验 第7篇

错列剪力墙结构的概念最早是在20世纪80年代由印度的K.N.V.Prasada Rao和K.Seetharamulu[1]提出来的,并对错列剪力墙结构的分析方法和受力特点进行了研究。国内对错列剪力墙的研究相对国外稍微晚一些:福州大学的卓幸福发表的《用墙板单元分析框架剪力墙结构》[2]中根据剪力墙的变形特点采用墙板单元分析方法,将墙用墙柱代替,上下端设刚域,并与框架梁柱节点铰接,从而导出墙板单元的刚度矩阵。这种分析墙板的方法也被后来研究错列剪力墙的人所采用,计算错列剪力墙的内力。烟台大学的刘建新对隔层错跨剪力墙结构体系进行了研究,尤其是分析了这种结构的工作机理,并研究了其抗震设计及构造措施,提出了一些设计建议和构造措施[3]。苏州科技学院的唐兴荣教授[4,5]对错列剪力墙结构在单位水平力作用下的内力进行了分析,并与传统的框架-剪力墙结构的内力进行比较,得出了很多有益的结论[6,7,8,9]。

随着我国城市化进程的加快,高层建筑剪力墙结构得到了广泛的应用。但是,剪力墙结构也有明显的缺点:第一,剪力墙间距不能太大,平面布置不灵活,不能满足公共建筑的使用要求;第二,结构自重较大,造成建筑材料用量增加,地震剪力增加。相对而言,框架结构具有建筑平面布置灵活,能够较大程度地满足建筑使用的要求的优点,并且结构自重轻,对基础及地基要求低。但框架结构的缺点也很明显——抗侧移刚度小,水平作用下抵抗变形的能力较差,在强震下结构顶点水平位移与层间相对水平位移都较大。为了同时满足承载能力和侧移刚度的要求,柱子截面往往很大,很不经济,也减少了使用面积。而错列剪力墙结构兼顾了剪力墙结构和框架结构的优点,具有自重小,抗侧刚度大和能够提供大的使用空间等优良特性,具有开阔的市场应用前景[10]。

错列剪力墙结构充分顺应了现代高层建筑的发展趋势,因此,对此新兴结构进行分析研究显得很有必要。在以往的错列剪力墙结构研究中,研究者更多的是依托功能强大的分析软件,将精力放在建模有限元分析上,而对实物模型的振动试验进行的较少。本文就这种新兴错列剪力墙结构的抗震性能在进行了实物模型振动试验的基础上进行分析,并与传统框架结构进行了对比。

1 结构模型设计制作

受实验条件的限制,本文中设计的结构模型为5层,层高20 cm,总高度为1 m,平面为2×3跨的布置形式,尺寸分别为18 cm和27 cm。框架结构布置形式见图1,错列剪力墙结构布置形式见图2(其中,黑色部分为错列布置的剪力墙,I、III榀框架为模型外侧两榀框架,II榀框架为模型中间一榀框架)。模型结构尺寸设计完成后,将进行模型的制作加工。本实验模型的制作材料选取的是截面尺寸为1 cm×1 cm的方木条。

2 振动实验

实验中振动台为WS—Z30小型精密振动台,振动台选取的地震波是汶川地震波,振动持续时间为21 s。在进行振动台振动实验前,先对振动台进行调试,调试无误后,安装模型于振动台台面上,在模型的每层粘贴一个加速度传感器,以便采集数据,再进行模型振动试验,如图3。

3 实验数据分析

在汶川地震波作用下,结构模型的振动响应通过加速度传感器采集到的形式为波形图,图4所示为实验过程中,某通道采集到的数据,横坐标表示时间(s),纵坐标表示加速度值(m/s2)。从图中可以看出通过加速度传感器直接采集得到的数据是加速度随时间变化的曲线。由于采样频率很大,信息量很大,故选取了各层加速度的最大值。

通过对这些采集到的每层的波形图读取最大的加速度值,得到错列剪力墙结构模型与框架结构模型每的最大加速度值,见表1。从表中的数据可以很清晰的看出框架模型在地震波激励下各层的加速度值要大于错列剪力墙模型响应层的加速度值,而且随着层数的增加,其差值更加明显。

将这些数据用图表的形式表示(见图5),可以更加直观的看出两个模型的振动响应的差异。从图5分析可知,各结构模型的加速度响应曲线形状走势大体一致,都是随着层数的增加,或者说高度的增加,框架结构模型和错列剪力墙结构模型的最大加速度值都逐渐增大;但随着层数的增加,框架结构模型的加速度增加量明显大于框架结构模型。错列剪力墙结构模型与框架结构模型相比,唯一不同的地方在于错列剪力墙多了错列布置的剪力墙,使得其抗侧刚度大大增加。因此,框架结构模型的加速度值响应之所以较错列剪力墙结构模型大,主要是由于框架结构模型与错列剪力墙结构模型相比横向抗侧刚度较弱,造成加速度响应值更大,这也表明实验结果是正确的。

4 结论

本文设计制作了两个错列剪力墙结构和框架结构模型,通过振动台模拟了两种模型在相同地震作用下的各层加速度响应。由于错列剪力墙结构模型比框架结构模型多了错列布置的剪力墙,导致错列剪力墙结构模型的抗侧刚度大大增加。同样在地震波作用下,框架结构因为没有剪力墙,所以各层的加速度响应比错列剪力墙结构有所增大,振动位移也相应更大。通过以上实验和所得数据的对比分析,充分说明了错列剪力墙结构相比于框架结构具有更加优良的抗震性能。

参考文献

[1] Prasada Rao K N V,Seetharamulu K.Staggered shear panels in tallbuildings.ASCE Journal of Structural Engineering,1983;109(5):1174—1193

[2]卓幸福,蔡益燕.用墙板单元分析框架剪力墙结构.建筑结构学报,1992;13(6):29—37

[3]刘建新.隔层错跨剪力墙结构体系的抗震设计探讨.建筑结构,1999;(2):20—22

[4]唐兴荣,何若全,姚江峰.侧向荷载作用下错列剪力墙结构的性能分析.苏州城建环保学院学报,2002;15(3):12—18

[5]唐兴荣,何若全.高层建筑中转换层结构的现状和发展.苏州城建环保学院学报,2001;14(3):1—8

[6]唐兴荣,沈萍.钢筋混凝土错列剪力墙结构抗震性能的试验研究(I).四川建筑科学研究,2008;36(6):138—144

[7]唐兴荣,沈萍.钢筋混凝土错列剪力墙结构抗震性能的试验研究(II).四川建筑科学研究,2009;35(1):161—165

[8]唐兴荣,沈萍.钢筋混凝土错列剪力墙结构抗震性能的试验研究(III).四川建筑科学研究,2009;35(2):157—161

[9]沈萍,唐兴荣.错列剪力墙结构的受力机理和静力性能分析.苏州科技学院学报,2007;20(2):19—22

数据结构实验中指针相关问题 第8篇

《数据结构》作为实践性很强的计算机专业的基础课, 教学中必然离不开实践。针对《数据结构》的课程设计实践不仅可以帮助学生巩固和加深对课程内容的理解, 更重要的是可以进一步锻炼程序设计的技能[1]。C语言是数据结构实验中重要的程序设计语言, 指针是C语言中一个非常重要的概念。在C语言中, 指针的应用非常灵活, 对于程序设计初学者来说比较难掌握, 更谈不上灵活合理的应用。《数据结构》中 (注:文中的讨论围绕严蔚敏老师的《数据结构》C语言版教材[2]) , 为了实现数据的存储结构, 指针在线性表、树和图的存储中都有重要的应用, 可以说, 数据结构的实验绕不开指针的应用, 如果学生掌握不好指针, 是无法进行数据结构实验学习的。

教学中注意到, 学生的主要问题是对指针的本质缺乏清晰的理解, 知其然不知其所以然, 导致在应用时只会依葫芦画瓢, 不会灵活应用。针对学生理解和应用中的难点问题, 剖析了指针的本质, 以此为基础, 讨论了指针的使用、指针和数组及指向函数的指针几个问题, 希望能够加深学生对指针的理解, 并在数据结构的实验中灵活应用。

二、指针

1. 变量和数据类型。

变量和数据类型是C语言中的基本概念, 是否能理解它们的本质, 对后续指针概念的理解非常重要。但是, 由于它们是最基本的东西, 教师和学生都认为很好理解, 不是很重视。因此, 学生对它们的理解往往流于表面, 产生模糊的认识, 如:变量是会变化的量;对变量名和变量的关系, 变量和数据类型的关系等认识不清。

对变量的理解应该强调变量最本质的意义:内存中的一块存储空间, 即所谓变量就是一块存储空间, 如图1所示。

围绕对变量本质的理解应该强调几点: (1) 一块空间 (变量) 具有两个特征, 一是这块空间在内存中的起始地址 (计算机内部16进制地址表示不便, 本文中用3位10进制数示意) , 表示这块空间的开始, 二是从起始地址开始的空间大小, 这两个特征一起确定了一个变量; (2) 作为内存的一块存储空间, 自然可以存储不同的值, 会变化; (3) 变量的声明是提出分配存储空间的要求, 没有分配空间, 当然不能存值, 不能使用; (4) 为了在程序中方便使用变量, 变量可以取一个名字, 即变量名。

变量都有数据类型, 从存储空间分配的角度看, 数据类型的本质是对分配空间大小的约定。要给一个变量分配存储空间, 涉及两个东西:分在那, 分多大。分在那由当前内存情况确定, 而分多大则由变量所属的数据类型确定, 如int型就分4个字节大小。

2. 指针的概念。

指针是C语言中的派生数据类型, 如int*p, 声明了一个由整型派生的指针变量p, 如图2所示。学生在为什么要用指针、指针变量和原类型之间是什么关系等问题上往往产生混淆, 不能够清晰理解。

对指针概念的理解应该强调几点: (1) 指针变量也是变量, 声明了指针变量后同样需要给该变量分配一块存储空间, 只是该空间存储的内容有点特殊, 是一个地址。 (2) 获取数据存储空间的基本方式有两种, 一是在程序的数据说明部分进行声明, 这样, 程序执行时存储空间已经预先分配, 并建立了变量名和存储空间之间的映射, 可称为静态分配。二是在程序执行的过程中, 通过申请 (如malloc函数) 获得存储空间, 可称为动态分配, 这样的空间无法给予变量名, 存取这样空间的唯一办法只能通过该空间的地址, 即指向该地址的指针来存取。如图2中圈1所示, malloc函数申请了一块大小为4个字节的空间, 空间起始地址是300, 为了在后续程序中使用这块存储空间, 该地址赋值给指向整型的指针p, p中存储的内容变为300。 (3) 应该强调, 作为派生类型, 指针变量也是有数据类型的, 其数据类型是指针变量所指向的存储空间大小的约定。如图2中定义的p是一个指向整型的指针, 强调这一点有助于学生对指针应用的理解。例如, 表达式中, 出现在指针变量前的*称为指针运算符, 如赋值语句*p=21, 其意义是给p中地址所指向的存储空间赋值, 图2中, p中存有地址300, 确定了被赋值空间的起始地址, 而p的类型-整型, 确定了这块空间的大小, 即*p确定了一块从300开始, 长度为4的存储空间。变量的本质是一块存储空间, 那么反过来说, 一块确定的存储空间就是一个变量, *p确定了一块存储空间, 它等价于变量, 给*p赋值等价于给整型变量赋值。

三、指针的应用

1. 指针和数组。

C语言中, 数组名代表数组的起始地址, 是一个常数, 可以看做一个指针。《数据结构》中, 线性表的顺序映像存储结构是通过动态申请的数组实现的, 设线性表为a1, a2, …, an (n=20) , 数据元素类型为整型, 其存储结构的定义如下所示:

上述代码主要定义了结构体数据类型Sqlist, 该结构体类型中包含3个域:elem, length和listsize, 其中elem是一个整型的指针变量, 用来指向申请存储空间的起始地址。类型定义后可以声明该类型的变量, 如Sqlist L;线性表的存储空间 (数组) 需要申请, 如图3所示。

malloc函数申请了一块大小为80个字节的存储空间, 该空间的起始地址假设为100, 函数返回后, 地址100被赋值给整型的指针变量L.elem, 即指针变量L.elem中存有地址100。

学生对静态数组的使用相对熟练些, 但往往不习惯动态申请数组的使用, 下面以线性表的遍历为例来说明一下其使用方式。动态申请数组中遍历的实现有两种常用方式:一是把指针当做数组名来使用。数组名是地址, 可以看做指针, 反之, 指针同样能够看做是数组名。遍历的代码可以写为:

这里要注意理解中括号[]的意义, 中括号本质上是运算符, 它的意义是执行操作L.elem+i (这里要关注指针的类型, 即不同类型的指针加i, 计算结果是不同的) , 找到存储ai+1这个整型数据的4个字节空间的起始地址, 随后根据指针的类型 (确定大小) , 存取这4个字节的存储空间。

二是通过指针来进行遍历。遍历的代码可以写为:

for (p=L.elem;p<L.elem+L.length;p++) {对数组元素*p进行处理}%%% (2)

整型指针p首先被赋值L.elem, 图3中是100, 这时p指向数组中第0号单元的起始地址, 通过指针运算符*p存取从100开始的4个字节空间, 即数组中第0号单元。随后, 通过p的自加运算, 指针p后移4个字节 (p是整型指针) , 依次对数组中所有元素进行遍历。从结果上来看, 代码 (1) 和代码 (2) 是完全等价的。

2. 链表。

线性表的非顺序映像存储结构是链表实现的。定义链表结点 (结构体) , 动态申请结点存储空间, 线性表每个数据元素存储在一个结点中, 通过指针描述数据元数之间的关系, 其结点的定义如下所示:

上述代码主要定义了结构体数据类型LNode和指向结构体的指针类型Link List, 该结构体类型中包含2个域:存储数据元素的域data和指针域next, next用来指向本结点数据元数在逻辑结构中的后继, 链表如图4所示。

仍以线性表的遍历为例来说明其使用方式, 利用指针p来进行遍历, 代码可以写为:

p被赋值p=head->next, 指向首元结点, 随后通过循环中p=p->next语句, p依次指向后继结点, 直到链表结束。这里要注意对->操作符的理解, 当指针p指向一个结构体存储空间时, 如果需要存取结构体中的某个域, 可以使用“p->域名”的方式, 如p->data就是存取该结构体中的data域;另有一种等价的方式“*p.域名”, 如*p.data, *p确定一块结构体空间 (结构体变量) , 用“.”操作符存取结构体变量的某个域。

3. 指向函数的指针。

函数载人内存时, 必定占有一块存储空间, 可以定义指向函数的指针, 通过指针来调用函数, 例如:

首先定义了一个指向函数的指针p, 随后p被赋值函数名, 即让p指向函数fun, p指向fun后, 可以通过指向函数的指针调用函数, 其效果和通过函数名调用是等价的。应该注意到, 这样用法毫无价值, 能通过函数名调用, 何必还要间接用指针调用。因此, 指向函数的指针一般用作函数的形式参数, 例如:

假设有数据元素为整型的二叉树T, Preorder是实现二叉树的先序遍历的函数。上述代码中, 首先给出了两个函数返回值为Status的函数原型, 设Sub是对整数进行减处理的函数, Add是进行加处理的函数。那么, Preorder (T, Sub) 调用时, 函数名Sub作为实参传递给形参visit (指向函数的指针) , 则在遍历过程中 (*visit) (a) 所调用的函数是Sub;同理, Preorder (T, Add) 调用时, (*visit) (a) 所调用的函数是Add。这里应该强调, 为什么要这么做?从上例中看, 对二叉树的遍历过程是一样的, 通过两次调用中visit所指的函数不同, 对二叉树T中数据元素的处理不同, 一次是减, 一次是加。指向函数的指针带来的好处是, 如果对数据元素的处理有新的变化, 如增加乘的处理, 仅需要编写乘的函数Mul, 随后调用Preorder (T, Mul) 就可实现对二叉树中数据元素的乘处理, 不需要改变Preorder函数。这样的程序结构非常有利于提高程序的可维护性。

四、小结

作为实践性很强的计算机专业核心课程, 《数据结构》课程的实验环节非常重要, 指针的灵活应用是课程实验中的难点。学生对指针了理解往往流于表面, 只会模仿性应用, 不能深入理解和灵活应用。文中, 我们结合实际的教学经验, 总结了指针中的几个学生不容易掌握的问题, 并分析讨论了教学中的要点。通过多年的教学实践, 对学生《数据结构》课程的学习和提高编程能力是有帮助的。

参考文献

[1]陈越, 何钦铭, 冯雁“.数据结构”综合性课程设计教学探索与实践[J].计算机教育, 2008, (8) :54-55.