《专业软件应用》实验指导书-2014.docVIP

专业软件应用实验指导书交通与汽车工程学院车辆工程专业软件应用实验指导书适用专业: 车辆工程 课程代码: 6010109 学时: 6 学分: 编写单位: 汽车系 编 写 人: 李平飞 审 核 人: 徐延海 审 批 人: 孙仁云 2014年05月目 录实验一 零件设计- 2 -实验二 曲面设计- 4 -实验三 装配设计- 5 -实验四 matlab基本操作- 6 -实验五MATLAB编程基础- 9 -实验六MATLAB图形操作- 13 -实验报告格式及要求- 19 -实验一 零件设计一、 实验目的和任务 1.1 了解CATIA软件特征树的概念及其功能。1.2 熟悉机械零件工作台的常用工具绘制。1.3 熟悉基本的零件创建、编辑、删除和变换等操作。1.4 了解模型的测量和分析。二、 实验仪器、设备及材料 2.1 CATIA软件。2.2 教材。三、 实验原理及步骤3.1进入零部件设计工作台。3.2创建特征：。3.3修改、编辑、变换特征。四、 思考题 根据下图工程图（单位：mm），完成其三维实体零件建模，撰写实验报告。（要求写出建模基本步骤及结果）实验二 曲面设计一、 实验目的和任务 1.1 了解CATIA软件曲面设计的一般过程。1.2 熟悉曲面与线宽、自由曲面的建模方法。1.3 熟悉曲面的光顺性评价方法。二、 实验仪器、设备及材料 2.1 CATIA软件。2.2 教材。三、 实验原理及步骤3.1进入曲面设计工作台。3.2绘制轮廓线。3.3建立曲面。3.4 曲面修饰、操作。3.5 曲面光顺性评价。四、 思考题 完成教材第186页习题4中第4-1题（图4-130），撰写实验报告。（要求写出建模基本步骤及结果）。实验三 装配设计一、实验目的和任务 1.1 了解CATIA软件装配的一般过程。1.2 熟悉装配约束的操作和定义。1.3 熟悉装配体中部件的对称、阵列。1.4 熟悉模型的分解操作。二、实验仪器、设备及材料 2.1 CATIA软件。2.2 CATIA V5应用教程。三、实验原理及步骤3.1进入装配设计工作台。3.2导入第一个零件。3.3导入要装配的零部件。3.4 约束零件的装配关系，符合装配的要求。3.5 装配体的分解。四、思考题 完成教材第255页习题6中第6-2题，撰写实验报告。（要求写出建模基本步骤及结果）。实验四 matlab基本操作一 实验目的熟悉MATLAB语言编程环境；熟悉MATLAB语言命令二 实验仪器和设备装有MATLAB6.0以上计算机一台三 实验原理MATLAB 是以复杂矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言。它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。1.1 基本规则1.1.1 一般MATLAB命令格式为 输出参数1，输出参数2，=（命令名）（输入参数1，输入参数2，） 输出参数用方括号，输入参数用圆括号如果输出参数只有一个可不使用 括号。 1.1.2 %后面的任意内容都将被忽略，而不作为命令执行，一般用于为代码加注释。1.1.3 可用、键来重现已输入的数据或命令。用、键来移动光标进行修改。1.1.4 所有MATLAB命令都用小写字母。大写字母和小写字母分别表示不同的变量。1.1.5 常用预定义变量，如pi 、Inf、NaN、ans1.1.6 矩阵的输入要一行一行的进行，每行各元素用空格或“，”分开，每行用“；”分开。如 MATLAB书写格式为A=1 2 3 ；4 5 6 ；7 8 9 在MATLABZ中运行如下程序可得到A矩阵 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 91.1.7 需要显示命令的计算结果时，则语句后面不加“；”号，否则要加“；”号。 运行下面两种格式可以看出它们的区别：a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a=1 2 3;4 5 6;7 8 9;a= 1 2 3 不显示结果 4 5 6 7 8 91.1.8 当输入语句过长需要换行时，应加上“”后再回车，则可续行输入。1.2 矩阵运算 MATLAB具有强大的矩阵运算功能,这里我们只作简单介绍.1.2.1 在MATLAB中表示一个矢量要用方括号， 而列矢量的输入只需在行矢量输入格式基础上加转置符“”即可。 如 x=1 2 3;4 5 6 x = 1 2 3 4 5 6 而 x=1 2 3;4 5 6 (加转置符) x = 1 4 2 5 3 61.2.2 下面三条命令可以产生一个行矢量1 a=linspace(x,y,n) 2 a=logspace(x,y,n) 3 a=x:n:y第一条命令可以在线性空间产生一个值在x至y之间间隔点数为n的行矢量(一组数据)。其行矢量的起始值是x, 终值为y, 点数为n。第二条命令可以在对数空间产生一个值在10x至 10y之间等间隔的行矢量(一组数据)。第三条命令产生x至y步长为n的行矢量。但是, 三个命令之间存在差别，下面的例子可以说明这一点。 例1 x=logspace(0,5,6) x = 1 10 100 1000 10000 100000 例2 x=linspace(0,10,11) x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 例3 x=0:1:10 x = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 通过上面三个例子可以看出例一, 例二中n代表选取的点数。而在例三 中n则表示步长. 注意它们的区别。四 实验内容和步骤熟悉MATLAB语言编程环境。在这一环境中，系统提供了许多编写，调试和执行MATLAB程序的便利工具。熟悉变量、MATLAB基本数学函数使用，矩阵操作练习，主要包括矩阵的建立，算数运算，逻辑运算和关系运算。（一）熟悉Matlab的运行环境以及HELP命令，运行demo命令，观看matlab所具有的功能。（二）验证例题中所有操作。（三）完成以下各题，将步骤命令写入实验报告，并在机器上运行结果验证。1输入A=7 1 5；2 5 6；3 1 5，B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3，在命令窗口中执行下列表达式，掌握其含义：A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*B A2 A.2 B/A B./A2求下列表达式的值。（1）（2），其中a=3.5,b=5,c=-9.8。实验五MATLAB编程基础一 实验目的： 完成MATLAB下数据分析与程序设计有关问题的练习。学习脚本文件的编写，数值输入，数组计算，程序调试等；练习利用MATLAB编程序解决基本数学问题。学习全局和局部变量的使用，流程控制结构，函数编写及其调试。二 实验仪器和设备装有MATLAB6.0以上计算机一台三 实验原理1. 常用运算命令运算命令名 功能angle求复数的角min求最小值max求最大值sum求和roots求多项式的根poly由多项式的根求多项式的系数polyval求给定点多项式的值polyder多项式求导 例1 求a=S3+2S2+3S+4根. a=1 2 3 4; roots(a) ans = -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 或 roots(1 2 3 4) ans = -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 例2 已知某多项式的根如下 -1.6506 -0.1747 + 1.5469i -0.1747 - 1.5469i 求该多项式. poly(-1.6506,-0.1747+1.5469i,-0.1747 - 1.5469i) ans = 1.0000 2.0000 3.0001 4.0001 即所求多项式为 S3+2S2+3S+4 .2. 无条件循环当需要无条件重复执行某些命令时，可以使用for循环：for 循环变量t=表达式1 : 达式2 : 表达式3 语句体end说明：表达式1为循环初值，表达式2为步长，表达式3为循环终值；当表达式2省略时则默认步长为1；for语句允许嵌套。例3： 例4：矩阵输入程序生成34阶的Hiltber矩阵。 m=input(矩阵行数：m=); for i=1 : 3 n= input(矩阵列数：n=); for j=1 : 4 for i=1:m H（i，j）=1/（i+j-1）； for j=1:n end disp(输入第,num2str(i),行，第,num2str(j),end 列元素) A(i, j) = input ( ) end end 3. 条件循环1) if-else-then语句if-else-then语句的常使用三种形式为：(1) if 逻辑表达式 (3) if 逻辑表达式1 语句体 语句体1end elseif 逻辑表达式2 语句体2(2) if 逻辑表达式1 elseif 逻辑表达式3 语句体1 else else 语句体2 语句体nend end 2) while循环语句while循环的一般使用形式为：while 表达式 语句体end例4：用迭代法计算多项式方程= 0的一个实根。 解：x0=3;r=1;n=0;while r 1e-5 x1=x0; x0=3+5/x1.2; r=abs(x0-x1); n=n+1;end,x0,n运行结果为：x0 = 3.4260n = 94. 分支结构若需要对不同的情形执行不同的操作，可用switch 分支语句：switch 表达式（标量或字符串） case 值1 语句体1 case 值2 语句体2 otherwise 语句体nend说明：当表达式不是“case”所列值时，执行otherwise语句体。5. 建立M文件将多个可执行的系统命令，用文本编辑器编辑后并存放在后缀为 .m 的文件中，若在MATLAB命令窗口中输入该m-文件的文件名（不跟后缀.m!），即可依次执行该文件中的多个命令。这个后缀为.m的文件，也称为Matlab的脚本文件(Script File)。注意：文件存放路径必须在Matlab能搜索的范围内。6. 建立函数文件对于一些特殊用户函数，系统提供了一个用于创建用户函数的命令function，以备用户随时调用。1格式：function 输出变量列表=fun_name(输入变量列表) 用户自定义的函数体2函数文件名为：fun_name，注意：保存时文件名与函数名最好相同；3存储路径：最好在系统的搜索路径上。4. 调用方法：输出参量=fun_name (输入变量)例5：计算s = n!，在文本编辑器中输入：function s=pp(n);s=1;for i=1:n s=s*i;ends;在MATLAB命令窗口中输入：s=pp(5) 结果为: s = 120四 实验内容和步骤（一）验证例题中的操作。（二）完成以下各题，将答案写入实验报告，并在机器上运行结果验证。1编写程序，计算1+3+5+7+(2n+1)的值（用input语句输入n 值）。2编写分段函数 的函数文件，存放于文件ff.m中，并求，的值。3. 编写一个函数文件求三个数的最大值。 4：产生一个随机数，若大于0.5，则把这个数连加，直到刚好超过10为止，求这个数。实验六MATLAB图形操作一 实验目的学会用MATLAB语言绘图二 实验仪器和设备装有MATLAB6.0以上计算机一台三 实验原理 1、 plot 该命令在线性坐标系下绘制y对应于x的轨迹。若其中之一为矩阵则该命令将对应于矩阵的行或者列绘制一簇曲线。该命令也可以在同一坐标轴下绘制多条曲线。例1 运行程序 t=0:1:10; x1=t; plot(x1)可在图形窗口得到下面图形: 例2 x=0:0.5:7; y=sin(x); y1=2*x; y2=3*x; plot(y,x,y1,x,y2,x)从上面的例子可以看出, 如果要在同一坐标轴下绘制多条曲线, 可用如下格式： plot(x1,y1,x2,y2.xn,yn) % 对应于不同矢量时 其中x1,y1.xn,yn是对应的关系。2、 log log 在两个对数（标准对数）坐标间绘制图形。 3、 semilogx 或semilogy 在x轴或y轴为对数坐标, 而另一轴为线性轴的空间绘制图形。4、polar 在极坐标空间绘制图形。5、 grid 在图形中加栅格。6、 subplot (r,c,p) 该命令将屏幕分成r*c个窗口,p表示在第几个窗口. 同时绘制多个图形窗口时,绘图语句间应用逗号分开。 例3 下面的程序产生四个窗口,且分别绘制相应图形. t=0:0.01:2*pi; y=sin(t); x=cos(t); subplot(221),plot(t,y),grid,subplot(222),plot(t,x),grid,subplot(223),polar(t,y),subplot(224),polar(t,x)从上面的程序可以看出,subplot语句中的r,c,p可以不用逗号分开。 上面程序执行后得到如下图形：7、 gtext 该命令用于鼠标定位的文字注释. 执行完绘图命令后再执行gtext(说明文字) 命令, 就可在屏幕上得到一个光标, 然后,用鼠标选择说明文字的位置。例4 t=0:1:10; x1=2*t; x2=0.5*t; plot(x1,t,x2,t); gtext(x=2t); gtext(x=0.5t) 8、 如果需要同时在不同窗口绘制图形, 可用figure语句来完成。 例5 t=0:1:10; x1=2*t; x2=3*t; figure,plot(x1),figure,plot(x2) 9、有关绘图方面的还有： Title 给当前图像加标题。 xlabel 或 ylabel 给x或y轴加标注。 text 在当前图像上指定位置加注释。 等。10、在同一座标系中绘制多个曲线时, 曲线的颜色可以自动确定，也可以自己选择。其使用格式如下:plot(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,xn,yn,选项n)b蓝色m紫红色c青色r红色g绿色w白色k黑色y黄色-实线（默认）:点连线-.点画线-虚线.点s正方形+十字号d菱形o圆圈h六角形*星号p五角星x叉号右三角11、三维图形绘制函数plot3函数与plot函数的用法类似。还可以用mesh函数绘制三维网格图；用surf函数绘制三维曲面图。MATLAB提供了丰富的三维绘图函数，可以通过help命令查看。 例6 绘制三维曲线：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z);title(line in 3-D space);xlabel(X) ;ylabel(Y);zlabel(z);grid on运行结果如下：四 实验内容和步骤（一）验证例题中的操作。（二）完成以下各题，将答案写入实验报告，并在机器上运行结果验证。1. 在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.2