一、实验背景
薄膜结构是一种轻柔可折叠展开的空间结构，广泛应用于航空航天和建筑中的大型结构，如薄膜太阳能电池阵，薄膜天线以及太阳帆、平流层飞艇，以及各类超大型建筑膜结构。由于薄膜是一种非线性的粘弹性材料且其质量轻，大变形振动、空气环境及张力会对薄膜结构的振动模态特性等力学性能有很大的影响。膜结构的真空下振动特性实验教学一方面可以让学生掌握振动相关的测量技术，同时也给学生展现了工程应用实践中的实验研究，让学生从实验学习中获取更具工程应用价值的结果和规律，提升学生参与动手实践的兴趣。
针对膜结构的真空下振动特性实验，传统的振动模态试验手段会对膜结构产生较大的附加质量影响，同时很难在真空环境下进行操作实现，而激光测振系统则可以通过非接触测量有效的解决上述难点。激光测振系统是一般力学实验研究中前沿尖端的振动实验设备，其主要优势是非接触测量，可以实现工程应用中涉及到的高低温、真空环境等极端情况下的振动测量，同时避免了接触测量对被测结构的刚度以及附加惯性等影响，从而改变结构的振动特性。在航空航天、船舶海洋以及汽车等领域的工程研究中广泛应用。
由于真空环境制造难，测试规模大，测试仪器昂贵，具有实验高危险、高成本、试验时间长等特点，因此很难组织实体教学。传统教学通过短时间内现场参观，缺少实验过程环节，学生很难掌握薄膜结构动力学特性的激光测振方法。因此借助先进的虚拟仿真教学手段提高教学效果势在必行。
项目依托上海交通大学力学国家级实验教学示范中心、国家一级力学学科、空间结构研究中心等的学科优势与优质教学资源，运用多媒体虚拟仿真技术，以工程问题为导向，建设激光非接触测量真空状态下薄膜结构的振动模态虚拟仿真实验项目。项目设计了薄膜结构应用背景介绍、虚拟测试系统搭建和3D漫游、测试参数设置、振动模态测试、测试数据分析等实验模块。学生通过分步骤进行学习和考试模式，加深学生对轻柔结构振动模态测试的方法的理解和掌握。以不断“试错”的实验操作，实现学生独立自主的探索式学习，通过交互操作体念，激发学习兴趣，提高分析问题和解决问题的能力。
二、实验目的
1、了解激光测振设备的基本原理和组成，学会激光测振系统的操作
2、掌握膜结构振动实验的系统搭建
3、真空罐的操作和真空度的控制
4、掌握薄膜结构振动模态的测量和分析
5、分析研究不同真空度条件下薄膜结构的振动模态特性及规律
三、实验内容
1、搭建真空膜结构振动的实验测量系统
2、测量不同真空度下的膜结构振动频率和振型
3、记录不同真空度下膜结构各阶模态频率，并画出频率随真空度变化规律的曲线，最后利用膜结构振动理论公式给出理论结果对比分析
四、实验教学方法
1、虚拟实验通过网络化，每个学生都可以远距离进行实验，得到大型实验的真实的体验。
2、通过实验过程中的问题解答、实验报告撰写来考核学生，巩固实验效果。
3、分层次的教学内容，以便学生循序渐进地学习和实验。
4、激光测振设备测点移动和工程结构振型演示等丰富实验现象和实验结果，以便学生亲临感受。
5、测量、分析和控制的软硬件结合，符合实际工程。
6、通过参数调整，得出理论规律，便于学生理解和掌握。
7、根据不同的教学要求选择不同的实验模块，让学生掌握独立实验能力
五、实验结果与结论要求
通过虚拟仿真实验在线考核模块，系统自动记录学生的系统搭建和操作步骤过程，并对其进行评判。学生在实验过程中记录膜结构尺寸、膜结构张力数值、真空度数值，同时记录各真空度下的膜结构振动频率和对应振型。学生通过记录的模态频率数据绘制膜结构随真空度变化下的频率变化曲线，通过记录的相关数据并利用理论公式计算该平面张拉膜结构的空气影响系数α。最终学生通过实验报告的形式，将该实验的试验目的、实验原理、实验方案设计、实验原始数据、试验数据处理、实验结果曲线及振型、实验分析以及实验思考总结等进行文本表述并提交。
