胶布拉力试验数据可视化

概述

该技能将胶布拉力试验的原始数据（位移、力值、时间）自动转换为三张标准力学性能曲线图：

力-位移曲线 — 直观呈现各试样的拉伸力变化趋势
应力-应变曲线 — 归一化对比不同试样的材料力学响应
组合对比图 — 双图并排，一目了然

支持任意数量实验号的多曲线叠加对比，自动对齐数据长度、标注最大力值点。

触发条件

当用户出现以下任一意图时，应加载本技能：

提供胶布/胶带/膜材的拉力试验数据，要求画图
要求"力-位移曲线"、"应力-应变曲线"或"拉伸曲线"
提到"拉力机数据"、"万能试验机数据"、"拉伸试验"等关键词
请求：将格式化的试验数据（位移、力值、时间数组）转换为标准力学性能图表

工作流程

Step 1: 引导用户填写数据

用户原始请求中可能只提供了模板（位移/力值/时间用 [...] 占位），需要主动引导用户填入实际数据。可提供如下模板供用户填写：

胶布宽度(mm)：___
胶布厚度(mm)：___（若无则写"未知"）
胶布长度(mm)：___（仅夹持段参考，可标注）

实验号1：
位移(mm): [逗号分隔数值]
力值(N): [逗号分隔数值]
时间(s): [逗号分隔数值]

实验号2：
...

⚠ 数据完整性检查：

每组的位移和力值数组 必须对应（等长或可截断对齐）
时间数组为可选项，缺少时不影响图形生成
明显长度不一致时在输出中给出警告

Step 2: 编辑脚本中的数据

打开 scripts/tensile_plot.py，在 __main__ 块中修改：

# 1. 胶布几何参数
TAPE_WIDTH_MM = 25.0        # ← 填入实际宽度
TAPE_THICKNESS_MM = None    # ← 有厚度填数值，无则 None

# 2. 试验数据
raw_data = [
    {
        'disp': [0.0, 0.5, 1.0, ...],   # 位移数组
        'force': [0.0, 1.2, 2.8, ...],  # 力值数组
        'time': [0.0, 0.5, 1.0, ...],   # 时间数组
    },
    # 更多实验号...
]

# 3. 可选：自定义实验标签
experiment_labels = ['试样A-25℃', '试样B-25℃', '试样C-25℃']

Step 3: 运行脚本生成图形

执行脚本以生成三张 PNG 图像：

python scripts/tensile_plot.py

输出文件（默认以 tensile_ 为前缀）：

tensile_force_displacement.png — 力-位移曲线
tensile_stress_strain.png — 应力-应变曲线
tensile_comparison.png — 双图对比组合图

Step 4: 展示结果

将生成的 PNG 路径通过 present_files 展示给用户，并附上简要文字说明：

各实验的最大力值与对应位移
曲线趋势的一致性/差异性
若有厚度数据可给出抗拉强度

Step 5: 实物仿真动画（可选）

当用户要求"仿真动画"、"实物模拟"、"GIF动图"、"拉力过程动画"时，使用 scripts/tensile_animation.py 生成动画：

# 在独立脚本中调用：
from tensile_animation import generate_tensile_animation

generate_tensile_animation(
    disp=disp_array,          # 位移数组 ndarray
    force=force_array,        # 力值数组 ndarray
    time_arr=time_array,      # 时间数组 ndarray
    width_mm=30.0,            # 试样宽度 (mm)
    thickness_mm=0.4567,      # 试样厚度 (mm)，None 则按 N/mm 计算
    length_mm=100.0,          # 试样原始标距 (mm)
    label='实验名称',
    n_frames=150,             # 动画帧数
    fps=15,                   # 帧率
    save_path='output.gif',
)

输出 tensile_sim_实验X.gif — 实物仿真动画，包含：

试样矩形在拉力下伸长，宽度泊松收缩
应力颜色映射：蓝(低)→绿→黄→红(高)
上下夹具，下夹具随拉伸下移
实时参数面板（时间/位移/力值/应力/应变）
力-位移曲线跟踪进度小图
进度百分比和最大力值统计

Step 6: 180° 剥离仿真动画（可选）

当用户要求"剥离实验动画"、"180度剥离"、"peel test 动画"、"剥离仿真"时，使用 scripts/tensile_animation_180peel.py：

from tensile_animation_180peel import generate_peel_180_animation

generate_peel_180_animation(
    disp=disp_array,          # 剥离距离数组 ndarray (mm)
    force=force_array,        # 剥离力数组 ndarray (N)
    time_arr=time_array,      # 时间数组 ndarray (s)
    width_mm=30.0,            # 胶带宽度 (mm)
    panel_length_mm=150.0,    # 基板总长度 (mm)
    label='实验名称',
    n_frames=150,
    fps=15,
    save_path='peel180_output.gif',
)

输出 peel180_sim_实验X.gif — 180° 剥离仿真动画，包含：

刚性基板 + 胶带粘接段（水平布局）
剥离前沿沿基板移动（红色圆点标记）
已剥离胶带段呈现 180° 折返向上形态
剥离前沿应力集中颜色映射（RdYlGn_r 色阶）
实时参数面板（时间/剥离距离/剥离力/剥离强度/剥离速度）
剥离力-距离跟踪进度小图
上方"180° 剥离方向"箭头指示

应力计算逻辑

| 条件 | 公式 | 单位 | |------|------|------| | 有厚度数据 | σ = F / (w × t) | MPa (N/mm²) | | 无厚度数据 | σ = F / w | N/mm |

应变按工程应变近似：ε = ΔL / L₀（以最大位移为参考标距）。

图形参数说明

| 参数 | 默认值 | |------|--------| | 图形尺寸 | (10, 6) 英寸 | | DPI | 150 | | 配色方案 | 10 色循环（蓝/红/绿/橙/紫/棕/粉/灰/黄/青） | | 线型方案 | 6 种循环（实线/虚线/点划线/点线/短虚线/长虚线） | | 最大力值标注 | 圆点标记 + 虚线辅助线 + 数值注释 | | 网格 | 开启，虚线样式 | | 中文支持 | 自动检测系统 CJK 字体（Microsoft YaHei / SimHei 等） |

依赖

Python 3.8+
numpy
matplotlib

资源

scripts/

tensile_plot.py — 核心数据处理与绘图脚本。提供 process_experiment_data() 函数供编程调用，也支持命令行直接运行。
tensile_animation.py — 拉力试验实物仿真动画生成脚本。提供 generate_tensile_animation() 函数，将实验数据转换为动画 GIF。
tensile_animation_180peel.py — 180° 剥离试验实物仿真动画生成脚本。提供 generate_peel_180_animation() 函数，将实验数据转换为剥离过程动画 GIF。

assets/

tensile_force_displacement.png — 力-位移曲线示例输出
tensile_stress_strain.png — 应力-应变曲线示例输出
tensile_comparison.png — 组合对比图示例输出