机械系统的计算机辅助运动学和动力学第1卷基本方法 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:请买家自查

出品人:

页数:0

译者:刘兴祥

出版时间:1996-1

价格:0

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isbn号码:9787040056020

丛书系列:

图书标签:

计算力学5
力学
机械系统
运动学
动力学
计算机辅助
机械设计
工程力学
数学建模
算法
仿真
理论基础

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具体描述

《机械系统分析与设计原理》第一卷：理论基础与建模方法本书简介本书系统地阐述了现代机械系统分析与设计领域的基础理论、核心方法和前沿技术。全书聚焦于如何将复杂的物理系统抽象为可进行精确数学描述和数值求解的模型，并在此基础上进行性能预测、优化设计和故障诊断。本书旨在为工程师、研究人员和高年级学生提供一个全面、深入且实用的知识框架，涵盖从基础力学原理到高级系统建模与仿真的关键环节。第一部分：机械系统基础理论与描述本部分为全书的理论基石，深入回顾并拓展了分析机械系统所需的经典力学知识，并引入了现代系统科学的视角。第一章：机械运动学与动力学重述本章首先对刚体运动学和动力学进行了系统的复习，强调其在多体系统建模中的应用。内容包括坐标系的选择与转换（欧拉角、四元数、旋转矩阵的优缺点与适用场景）、约束的几何描述（单值、多值约束的数学表达）以及自由度分析。重点讨论了基于牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程在描述复杂机械运动中的适用性差异，为后续的系统动力学建模奠定基础。本章特别强调了在非惯性参考系下进行动力学分析时，惯性力与广义力的准确表达。第二章：系统描述与状态空间方法本章引入了将机械系统转化为标准数学模型的核心工具——状态空间表示法。详细阐述了如何根据系统的物理结构，推导出描述其动态行为的一阶微分方程组。内容包括自由度离散化、广义坐标的选择、状态向量的定义，以及如何处理接触、碰撞等非线性问题引入的开关系统特性。本章深入分析了系统的可控性、可观测性以及李雅普诺夫稳定性理论在机械系统初步稳定性判断中的应用。第三章：机械系统建模的能量方法与虚功原理着重探讨基于能量原理（哈密顿原理和拉格朗日-德阿朗贝尔原理）的系统建模。本章详细区分了保守系统和耗散系统的能量处理方式，并引入了广义力与耗散函数（如瑞利耗散函数）的概念，以准确描述摩擦阻尼和粘滞阻尼对系统动态的影响。重点在于如何通过能量函数的构造，直接得到系统的微分方程，避免了繁琐的受力分析。第二部分：多体系统动力学与约束处理本部分转向复杂机械结构，如连杆机构、齿轮传动和柔性体，探讨其精确动力学建模的挑战与解决方案。第四章：多体动力学（MBS）的建模范式本章详细介绍了求解复杂机械系统动力学方程的几种主流数值方法，包括： 1. 植入法（或称为约束方程法）：侧重于如何使用代数约束方程来限制刚体的相对运动，以及处理约束力（如使用拉格朗日乘子法）的数值实现细节。 2. 绝对坐标法：将所有点的运动都相对于一个固定的惯性坐标系进行描述，探讨其在处理大范围运动时的优缺点。 3. 相对坐标法：强调利用回路闭合关系来简化动力学方程，尤其适用于闭环机构的分析。第五章：约束力的精确计算与数值稳定性约束力是MBS分析中的关键难点。本章专门探讨了如何稳定地计算约束力。内容涉及对积分方程（如牛顿-欧拉方程）的求解、数值积分方法的选择（如龙格-库塔法、广义$alpha$法），以及如何结合巴姆加特纳（Baumgarte）稳定化技术来抑制数值积分过程中约束方程的漂移误差。第六章：柔性多体系统（FMBS）的集成方法现代机械系统往往包含柔性部件。本章介绍如何将弹性变形纳入动力学分析。讨论了模态分析（Modal Analysis）在降维建模中的作用，重点介绍有限元方法（FEM）与刚体运动学的耦合技术，如浮动坐标系法（Floating Frame of Reference Formulation, FFRF）和范德堡尔-布莱肯里奇（Vanderbilt-Brackenridge）方法，以实现对结构振动与运动耦合效应的准确预测。第三部分：周期性、振动与控制设计基础本部分将系统动力学分析的结果应用于系统的行为预测和反馈控制设计。第七章：机械系统的周期运动与平衡点分析对于存在周期性运动的机械（如旋转机械、往复机构），本章探讨如何利用庞加莱映射（Poincaré Mapping）来分析系统的稳定性，并识别吸引子（如极限环）。分析了平衡点附近的线性化处理，为控制系统设计提供了局部稳定性信息。第八章：机械系统响应与特征值分析系统响应分析是评估机械可靠性的核心。本章详细阐述了特征值问题（Eigenvalue Problem）在机械系统中的应用，包括固有频率和阻尼比的确定。讨论了系统的振型（Mode Shapes）如何解释系统的振动模式，并引入了模态叠加法对外部激励（如地震力、冲击载荷）下的动态响应进行快速预测。第九章：反馈控制基础与系统解耦将动力学模型转化为控制设计的基础。本章首先回顾了经典PID控制器的设计原理，并引入了基于状态反馈的现代控制方法。重点介绍了状态重构（观测器设计，如卡尔曼滤波器）以及如何通过状态反馈实现系统的解耦控制，从而更好地控制复杂的、具有强耦合特性的机械系统（如机器人或伺服驱动系统）。第十章：系统误差建模与误差传播任何实际系统都存在建模误差和参数不确定性。本章探讨了如何量化这些不确定性对输出结果的影响。内容包括敏感性分析、参数不确定性对特征值和响应的影响评估，并简要介绍了蒙特卡洛模拟方法在评估系统鲁棒性中的初步应用。适用读者对象：本书适合于机械工程、航空航天工程、控制科学等专业的研究生、博士生，以及从事复杂机械设计、动态仿真、振动控制、精密机构研发的工程师和技术人员。阅读本书需要具备扎实的微积分、线性代数和基础力学知识。

作者简介

目录信息

第1章计算机辅助运动学和动力学基础
1.1 机械系统运动学和动力学的研究范围
1.2 运动学分析和动力学分析的传统方法
1.3 计算运动学和动力学的任务
1.4 本书学习内容指导
第一篇平面系统
第2章平面矢量、矩阵和微分运算
2.1 几何矢量
2.2 矩阵代数
2.3 代数矢量
2.4 坐标变换
2.5 矢量和矩阵微分
习题
主要公式汇总
第3章平面笛卡尔坐标运动学
3.1 平面运动学的基本概念
3.2 构件和机架的约束（绝对约束）
3.3 成对构件间的约束（相对约束）
3.3.1 相对坐标约束
3.3.2 转动副和移动副
3.3.3 复合运动副
3.4 齿轮和凸轮从动件
3.4.1 齿轮
3.4.2 凸轮-从动件
3.4.3 点-从动件
3.5 驱动约束
3.5.1 绝对驱动件
3.5.2 相对驱动件
3.5.3 速度方程和加速度方程的右边
3.6 位置、速度和加速度约束
3.6.1 位置分析
3.6.2 速度分析
3.6.3 加速度分析
3.6.4 在时间网格上的运动学分析
3.7 奇异构型
习题
第4章运动学中的数值方法
4.1 计算的组织
4.2 约束方程和雅可比的计算
4.3 系统的装配
4.4 线性方程求解和矩阵因子分解
4.4.1 高斯方法
4.4.2 LU 因子分解
4.5 用牛顿-拉夫森法求解非线性方程
4.6 多余约束的识别和消除
习题
第5章平面运动学的建模和分析
5.1 建模和分析技术
5.2 曲柄滑块机构的运动学分析
5.2.1 可供选择的模型
5.2.2 装配分析
5.2.3 驱动件的确定
5.2.4 分析
5.2.5 锁定构型
5.3 四杆机构的运动学分析
5.3.1 可供选择的模型
5.3.2 装配
5.3.3 驱动件的确定
5.3.4 分析
5.3.5 锁定构型
5.4 急回机构的运动学分析
5.4.1 可供选择的模型
5.4.2 装配
5.4.3 驱动件的确定
5.4.4 分析
5.5 齿轮-滑块机构的运动学分析
5.5.1 运动学模型
5.5.2 装配
5.5.3 驱动件的确定
5.6 阀门挺杆机构的运动学分析
5.6.1 阀门挺杆机构模型
5.6.2 装配
5.6.3 驱动件的确定
5.6.4 分析
DADS 习题
第6章平面系统动力学
6.1 平面刚体的运动方程
6.1.1 由牛顿方程演变来的变分运动方程
6.1.2 带质心坐标的变分运动方程
6.1.3 微分运动方程
6.1.4 质心的性质和极转动惯量
6.1.5 复合体的惯性特性
6.2 虚功和广义力
6.3 受约束平面系统的运动方程
6.3.1 平面系统的变分运动方程
6.3.2 拉格朗日乘子
6.3.3 微分-代数混合运动方程
6.3.4 初始条件
6.4 运动学上被驱动系统的逆向动力学
6.5 平衡条件
6.6 约束反作用力
习题
第7章动力学中的数值方法
7.1 计算的组织
7.2 微分-代数混合运动方程的求解
7.3 求解微分-代数方程的算法
7.3.1 一阶初值问题
7.3.2 广义坐标分块
7.3.3 直接积分
7.3.4 约束的稳定性
7.3.5 混合算法
7.4 一阶初值问题的数值积分
7.4.1 多项式插值法
7.4.2 亚当斯-巴什福思预估值法
7.4.3 亚当斯-莫尔顿校正值法
7.4.4 预估-校正值算法的计算机执行过程
7.5 平衡分析的数值方法
习题
第8章平面动力学的建模和分析
8.1 建模和分析技术
8.2 曲柄滑块机构的动力学分析
8.2.1 动力学模型的建立
8.2.2 平衡分析
8.2.3 逆向动力学分析
8.2.4 动力学分析
8.3 急回机构的动力学分析
8.3.1 动力学模型的建立
8.3.2 平衡分析
8.3.3 逆向动力学分析
8.3.4 动力学分析
8.4 螺旋弹簧的动力学分析
8.4.1 激波
8.4.2 撞击和振荡
8.5 阀门挺杆机构的动力学分析
DADS 习题
第二篇空间系统
第9章空间笛卡尔坐标运动学
9.1 空间矢量
9.2 空间刚体运动学
9.3 欧拉参数定义广义坐标
9.4 运动学约束
9.4.1 运动副定义坐标系
9.4.2 矢量和点上的约束
9.4.3 构件上的绝对约束
9.4.4 成对构件间的约束
9.4.5 成对构件间的复合约束
9.5 驱动约束
9.6 位置、速度和加速度分析
9.6.1 位置分析
9.6.2 速度分析
9.6.3 加速度分析
习题
主要公式汇总
第10章空间运动学的建模和分析
10.1 建模和分析技术
10.2 空间曲柄滑块机构的运动学分析
10.2.1 模型
10.2.2 装配
10.2.3 驱动件的确定
10.2.4 分析
10.3 空间四杆机构的运动学分析
10.3.1 可供选择的模型
10.3.2 装配分析
10.3.3 驱动件的确定
10.3.4 分析
10.4 空气压缩机的运动学分析
10.4.1 模型
10.4.2 装配
10.4.3 驱动件的确定
10.4.4 分析
DADS 习题
第11章空间系统动力学
11.1 刚体运动方程
11.2 质心的性质及转动惯量和惯性积
11.3 受约束空间系统的运动方程
11.3.1 受约束运动方程的牛顿-欧拉形式
11.3.2 受约束运动方程的欧拉参数形式
11.4 内力
11.4.1 移动弹簧-阻尼器-致动器
11.4.2 扭转弹簧-阻尼器-致动器
11.5 逆向动力学，平衡分析和运动副中的反作用力
11.6 空间微分-代数运动方程求解的数值问题
习题
主要公式汇总
第12章空间动力学的建模和分析
12.1 建模和分析技术
12.2 空间曲柄滑块机构的动力学分析
12.2.1 模型
12.2.2 逆向动力学分析
12.2.3 动力学分析
12.3 空间四杆机构的动力学分析
12.3.1 可供选择的模型
12.3.2 平衡分析
12.3.3 逆向动力学分析
12.3.4 动力学分析
12.4 空气压缩机的动力学分析
12.4.1 模型
12.4.2 逆向动力学分析
12.4.3 动力学分析
12.5 车辆的动力学
12.5.1 可供选择的模型
12.5.2 平衡分析
12.5.3 操纵特性曲线
12.5.4 动力学分析
12.6 调速器机构的动力学分析
12.6.1 可供选择的模型
12.6.2 稳定状态分析
12.6.3 外力矩
12.6.4 动力学分析
DADS 习题
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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《机械系统的计算机辅助运动学和动力学第1卷基本方法》这本书的书名，暗示着它将带领读者进入一个融合了机械工程理论与计算机科学技术的领域。对于我这样一位在相关领域有过一些初步接触的从业者而言，第一卷“基本方法”部分无疑提供了一个极佳的起点。书中对运动学和动力学基本概念的梳理，以及如何将其进行数学建模，为后续的计算机辅助分析奠定了坚实的基础。我特别注意到作者在介绍诸如变换矩阵、雅可比矩阵等概念时，不仅给出了清晰的定义，还提供了直观的几何解释，这对于理解这些抽象概念非常有帮助。此外，书中关于不同建模方法（如基于刚体、基于体单元等）的对比分析，也让我对如何根据具体工程需求选择合适的建模策略有了更深入的认识。虽然这是第一卷，但它所涵盖的内容已经相当丰富，并且为理解更复杂的动力学分析（如多体动力学）打下了坚实的基础。这本书的严谨性、系统性以及对实际应用的关注，都让我对其后续卷次充满期待，并认为它将成为我提升专业技能的重要参考。

评分☆☆☆☆☆

《机械系统的计算机辅助运动学和动力学第1卷基本方法》这本书的书名，简洁明了地概括了其核心内容。尽管我是一名在校的机械工程专业研究生，但阅读这本书仍给我带来了许多新的启发。第一卷“基本方法”部分，以其严谨的学术态度和清晰的逻辑结构，为我深入理解运动学和动力学的计算机辅助分析提供了坚实的理论基础。书中对拉格朗日方程、牛顿-欧拉方程等经典动力学方程的推导和应用，以及如何将其转化为计算机可执行的算法，都进行了详细的介绍。我尤其欣赏作者在书中对不同求解方法的比较分析，例如迭代法、直接法等，让我能够根据具体问题选择最合适的求解策略。此外，书中关于模型简化和降阶技术的探讨，也为我后续的研究提供了重要的思路。它不仅仅停留在理论层面，更着重于如何将这些理论转化为可操作的计算机程序，这对于我进行科学研究和工程项目的设计都具有极高的参考价值。这本书为我打开了一扇通往更高级、更复杂机械系统分析的大门，让我对接下来的学习和研究充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名叫做《机械系统的计算机辅助运动学和动力学第1卷基本方法》，读完之后，我真的对这个领域产生了前所未有的浓厚兴趣。虽然我并非机械工程领域的专业人士，但这本书用一种非常引人入胜的方式，将复杂的概念拆解开来，让我这个初学者也能窥探到其中的奥妙。尤其是第一卷“基本方法”的章节，为我打下了坚实的基础。书中的插图清晰明了，配合着理论讲解，让我仿佛置身于一个充满齿轮、连杆和弹簧的虚拟实验室，能够直观地理解各种运动的产生和规律。作者在介绍计算机辅助分析工具时，也尽量避免了过于晦涩的技术术语，而是侧重于解释这些工具是如何帮助我们更高效、更准确地解决实际问题的。我尤其欣赏书中通过大量实例，一步步地引导读者思考，从简单的单自由度系统，逐步过渡到更复杂的机构。这种循序渐进的学习方式，让我能够不断地巩固所学知识，并且在遇到困难时，也能找到解决问题的思路。虽然我还没有机会深入到第二卷或更高阶的内容，但仅凭第一卷所呈现的深度和广度，我已经能够想象到这本书在专业领域所能带来的巨大价值。它不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的老师，指引我探索机械运动和动力学的迷人世界。

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这本书的书名是《机械系统的计算机辅助运动学和动力学第1卷基本方法》，作为一个有着多年机械设计经验的工程师，我一直关注着如何利用现代计算工具来提升设计效率和精度。这本书恰好填补了我在这方面的知识空白。第一卷“基本方法”部分，对于如何将传统力学原理与计算机模拟相结合，进行了非常系统和深入的阐述。我特别喜欢书中对各种约束条件和自由度分析的讲解，这对于理解复杂机构的行为至关重要。作者在介绍求解方法时，不仅列举了数学推导，更重要的是结合了实际的应用案例，让我能够清晰地看到这些方法在实际工程中的落地。特别是关于运动学分析的部分，通过数值方法求解位移、速度和加速度，以及动力学分析中如何考虑惯性力、外力等，都让我受益匪浅。这本书让我对“计算机辅助”有了更深的理解，它不仅仅是软件的使用，更是对分析方法和理论的深刻理解。我发现书中关于建模技巧的部分也非常有价值，能够帮助我更有效地构建虚拟模型，减少实际样机制作的试错成本。总而言之，这本书是一本理论与实践相结合的优秀著作，对于希望在机械设计领域拥抱新技术的工程师来说，无疑是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名称是《机械系统的计算机辅助运动学和动力学第1卷基本方法》，拿到手的时候，我抱着一丝忐忑，毕竟“运动学”和“动力学”这两个词听起来就带着些许抽象和高深。然而，翻开第一卷，我的疑虑很快烟消云散。作者用一种非常生动且贴近实际的语言，为我描绘了一个由各种机械元件组成的动态世界。这本书的优点在于，它并没有一开始就抛出一堆复杂的公式，而是从最基本的概念入手，比如什么是“自由度”，什么是“约束”，然后逐步深入到如何用计算机来模拟和分析这些运动。我发现书中有很多有趣的例子，比如分析一个简单的四连杆机构是如何运动的，或者一个弹簧减震系统是如何工作的，这些都让我觉得机械运动不再是枯燥的公式堆砌，而是充满了生命力的动态过程。尤其是关于建模的讲解，让我明白了如何将现实世界的机械结构抽象化，然后输入到计算机中进行分析。对于我这样一个对机械工程有着浓厚兴趣但基础相对薄弱的读者来说，这本书提供了一个非常好的入门路径，让我能够逐步建立起对整个领域的认知和理解，并且激发了我想要进一步探索其更深层内容的渴望。

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