开放式三维网络热分析虚拟实验室的研究与实现

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开放式三维网络虚拟实验室是将网络、多媒体计算机与虚拟仿真技术结合起来模拟真实实验过程的一种计算机软件。它使用虚拟现实技术在计算机上建立虚拟实验室环境,提供可操作的虚拟实验仪器,用户通过互联网上接近真实人机交互的界面完成实验,开创了一种实验教学的新模式,同时提供网络一体化的管理功能。网络虚拟实验室是一个开放的实验平台,通过计算机网络系统,师生将不受时空的限制,可以自由地、无顾虑地随时随地进入网络虚拟实验室操作选定的仪器,并及时获取操作记录和教师评价等各种信息。在使用虚拟实验室的过程中,把模拟的与真实的相比较,并对模拟得到的数据进行分析,激发操作者的兴趣、促使其进行探究,必将会产生巨大的应用价值。热分析是一种动态的温度分析技术,有很多因素会影响其测试结果,进而影响对材料性能和工艺的正确判断,因此分析各种因素对分析曲线的影响十分重要。通过对热重分析和差示扫描量热分析进行实验分析,提取其主要影响因素为升温速率和试样量。本文在试样量和升温速率这两个关键因素对热分析曲线影响的基础上建立了数学模型,通过构建的理论模型和程序之间的算法转化编写了模拟出峰程序,在一定参数范围内,实现了在不同参数条件下的的谱峰动态模拟及谱图数据的采集、存储、重载和分析功能。将模拟谱峰结果与现实实验结果对比表明,所构建理论模型合理,能反映参数条件对热分析出峰的影响规律,在此数学模型基础上建立的虚拟实验室有更高的交互性和仿真度。本文基于热重分析和差示扫描量热分析实验原理及谱图特点,以五水硫酸铜、水合草酸钙及PET的实验数据为参考,建立了可在虚拟实验室中模拟的TGA和DSC理论模型,实现了试样量和升温速率等条件改变对曲线影响的模拟。通过zlimsX虚拟实验平台提供的参数接口,扩展分析样品参数数据库,实现了虚拟实验的开放以及扩展功能,开发了开方式多功能三维网络热分析虚拟实验平台。这样以来可以将科研实验快速的转化为虚拟实验,实验教学可以做到“常做常新”,充分的体现了虚拟实验室的巨大优势和潜力。
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