力学专业程序实践讲义初稿0425.doc

力学专业程序实践 —用MATLAB解决力学问题的方法与实例 马少鹏 聂建新 马沁巍 编著 水小平 主审  前 言 力学的研究和实际工程中所面对的“数据处理”包括理论分析、科学计算，也包括各种实验信号的分析和处理。在计算机技术飞速发展和个人电脑全面普及的今天，一个合格的力学专业毕业生应该很好地掌握，事实上也必须掌握如何用计算机程序完成上述几种数据处理，否则很可能在科研和实际工作中“寸步难行”。 对于力学专业的数据处理来说，MATLAB是一门合适的语言。MATLAB是一门比常规易用易学的高级语言。常为重要的是以上特点的基础上力学的数据语言容易引起学生习兴趣。中大部分内容自己习中也包括年来教学的一些体会 教材分为两部分，第一部分是基础知识部分，简要地介绍MATLAB最核心的内容，最主要的目的是让学生迅速上手，并且能够自我提高；第二部分是专题部分，针对若干个力学问题，详细讲解用MATLAB解决这些问题的细节，让学生从解决问题的过程中学习程序设计语言，提高应用技巧。 本教材由马少鹏统筹，马少鹏、聂建新同生节的国优秀教师心之初，？？好友均认真阅读了教材，并了量建设性的建议。外，书中许多例子取材于多研究的课题研究，在一并表示感谢。 目 录 力学专业程序实践 0 上篇 9 第1章 MATLAB简介 11 1.1 MATLAB的功能 11 1.1.1 “Language”——MATLAB是一种语言 11 1.1.2 “computing”——MATLAB可以用来计算 12 1.1.3 “visualization”——MATLAB是数据可视化工具 15 1.2 MATLAB的体系 16 1.2.1 MATLAB主体部分 16 1.2.2 MATLAB工具箱 17 1.3 MATLAB的特点 18 1.3.1 MATLAB的优势 18 1.3.2 MATLAB的劣势 22 第2章 MATLAB快速入门 24 2.1 Help yourself 25 2.1.1 Help浏览器 25 2.1.2 Help命令 28 2.2 MATLAB操作简述 29 2.2.1 MATLAB界面 29 2.2.2 MATLAB Editor 37 第3章 MATLAB编程 43 3.1 数据结构 43 3.1.1 数据类型 43 3.1.2 数据结构 45 3.2 基本程序结构语法 52 3.2.1 程序构成 52 3.2.2 选择和循环结构的语法 56 3.3 I/O函数 57 3.3.1 Prompt的输入和输出 57 3.3.2 MATLAB变量的输入输出 58 3.3.3 文本文件的读写 58 3.3.4 二进制文件的读写 60 3.3.5 图像文件的读写 60 第4章 MATLAB计算 61 4.1 线性代数 61 4.1.1 矩阵的基本运算 61 4.1.2 矩阵的特征参数 62 4.1.3 矩阵的分解及线性方程组求解 62 4.2 多项式及插值 62 4.2.1 多项式表示及运算 62 4.2.2 插值 63 4.3 数据分析及统计 63 4.3.1 基本数据统计 63 4.3.2 Fourier分析 64 4.4 微积分 64 第5章 MATLAB绘图 65 5.1 二维数据 65 5.1.1 plot详解 66 5.1.2 实际操作中的一些重要问题 68 5.1.3 二维数据的其它方式表示 72 5.2 三维数据 73 5.2.1 三维曲面 73 5.2.2 二维等值线 74 5.3 四维数据 77 5.3.1 简单四维数据： 78 5.3.2 切片 78 5.3.3 等势线与等势面 79 5.4 多维数据 80 5.5 MATLAB绘图细节 81 5.5.1 图形说明 81 5.5.2 句柄图形——控制绘图的每一个细节 83 5.5.3 颜色问题 91 5.6 MATLAB图形的输出 94 5.6.1 输出方式 94 5.6.2 几个要注意的问题 96 第6章 图形用户界面 102 6.1 GUI初步 102 6.1.1 初识GUI编程 102 6.1.2 GUI编程要素——控件、消息与回调函数 103 6.2 GUI编程实例 109 6.2.1 问题描述 109 6.2.2 实现过程 109 6.2.3 功能增强 114 下篇 118 第7章 求解傅科摆的轨迹 120 7.1 傅科摆的动力学方程 120 7.2 dsolve求解常微分方程 122 第8章 求解滑动摆系统的运动形式 127 8.1 滑动摆的动力学方程 127 8.2 ode45求解常微分方程 128 第9章 可视化一个弹性力学的解析解 132 9.1 对径受压圆盘的应力分布 132 9.2 应力分布的可视化过程 133 9.2.1 数据矩阵的生成 13