《機械系統(tǒng)動力學原理與應用》首先介紹了有關機械系統(tǒng)動力學的一些基本概念、常用動力學方程以及相關的數(shù)學理論基礎;然后按照研究對象由集中質量到剛體再到柔性體的思路,闡述了離散系統(tǒng)的彈性振動、多剛體系統(tǒng)動力學和多柔體系統(tǒng)動力學的基本原理和方法;最后介紹了基于通用機械系統(tǒng)動力學仿真軟件ADAMS平臺進行機械系統(tǒng)動力學建模分析的基本步驟及其方法,特別是結合作者的科研教學實踐,給出了機械系統(tǒng)動力學的應用實例,以培養(yǎng)讀者綜合運用所學的數(shù)學、力學以及有關專業(yè)課程知識進行機械系統(tǒng)設計分析的能力,適應當前機械設計工作的需要。
《機械系統(tǒng)動力學原理與應用》可作為高等院校機械、汽車、內燃機、宇航等相關專業(yè)研究生或高年級本科生的教學參考書,也可作為從事相關工作的工程技術人員和科研人員的參考用書。
機械系統(tǒng)的設計一般包括機構設計和結構設計兩部分內容,機構指的是在運行過程中構件間存在相對運動的系統(tǒng)。常規(guī)的機構分析方法(如圖解法、解析法)只能用于系統(tǒng)中物體個數(shù)不多的情況,并且精度有限。現(xiàn)代科學以及計算機技術的發(fā)展使得分析含有大量物體和鉸的復雜系統(tǒng)成為可能。本書正是以復雜機械系統(tǒng)的分析原理及其應用為主要內容進行介紹的,可為進行機械系統(tǒng)動力學研究的研究生或相關研究人員提供理論及技術基礎。
考慮到機械系統(tǒng)動力學分析中有時僅需要考察構件間的彈性運動(如軸系的振動),而這時系統(tǒng)往往被模型化為離散的質量系統(tǒng),因此本書內容涵蓋了離散系統(tǒng)的彈性振動和多體系統(tǒng)動力學,包括理論介紹和應用實例。本書內容除了第1章緒論以外共分為4篇:
第一篇為基礎篇,包括第2~4章,介紹了離散系統(tǒng)的彈性振動和多體系統(tǒng)動力學通用的力學和數(shù)學基礎,以求整書在知識體系上的完整性和連貫性。
第二篇為離散系統(tǒng)的彈性振動,包括第5~7章。第5章介紹了單自由度系統(tǒng)的振動;它是研究復雜振動的基礎,許多機械振動的概念和研究方法都將在此章進行介紹。第6章介紹了二自由度系統(tǒng)的振動;二自由度系統(tǒng)是多自由度系統(tǒng)最簡單的特例,力學直觀性比較明顯,本章主要介紹振動系統(tǒng)的固有頻率和主振型等概念以及運動微分方程的耦合問題。第7章介紹了多自由度系統(tǒng)的振動;相較于二自由度系統(tǒng),由于自由度數(shù)目的增加,分析工作量加大,需要采用與之相適應的數(shù)學工具和分析方法,本章主要介紹模態(tài)分析法,它是多自由度系統(tǒng)振動分析的基本方法。
第三篇為多體系統(tǒng)動力學,包括第8~11章,是本書內容分量最重的部分。第8章介紹了剛體運動學、動力學的基礎知識。第9章介紹了基于笛卡兒數(shù)學模型的多剛體系統(tǒng)運動學原理;與傳統(tǒng)的運動學分析不同,多剛體系統(tǒng)運動學是以系統(tǒng)中連接物體之間的運動副為出發(fā)點、基于運動副對應的約束方程來進行分析的,因此本章著重介紹了系統(tǒng)約束方程的建立及求解方法。第10章介紹了采用笛卡兒數(shù)學模型的多剛體系統(tǒng)動力學原理,主要包括建立約束多剛體系統(tǒng)動力學方程(是一個微分一代數(shù)混合方程組)及其求解的方法,以及動力學逆問題、約束反力的分析方法。第11章介紹了柔性多體系統(tǒng)動力學建模方法,主要針對含小變形柔性體的多體系統(tǒng),介紹了采用相對描述法進行動力學建模的基本原理,這部分內容是多剛體系統(tǒng)動力學建模的自然延伸和發(fā)展。
第四篇為應用篇,包括第12和13章。第12章介紹了基于通用機械系統(tǒng)動力學仿真軟件ADAMS平臺進行機械系統(tǒng)動力學建模分析的基本步驟及其方法。第13章給出了機械系統(tǒng)動力學的分析實例,是作者在科研和教學實踐中的一些成果,涉及多自由度系統(tǒng)的振動分析、多剛體系統(tǒng)以及含柔性體的多體系統(tǒng)動力學的建模分析。
本書作者均為從事機械系統(tǒng)動力學應用研究及教學的科研人員,其中,緒論、第一篇和第三篇由覃文潔撰寫,第二篇由王國麗撰寫,第四篇由覃文潔和王國麗共同撰寫。由于作者水平有限,書中難免存在疏漏之處,誠請讀者批評指正。
第1章 緒論
1.1 機械系統(tǒng)
1.2 機械系統(tǒng)動力學
1.3 機械系統(tǒng)動力學的模型及分析方法
1.3.1 離散系統(tǒng)模型及分析方法
1.3.2 多體系統(tǒng)模型及分析方法
參考文獻
第一篇 基礎篇
第2章 有關機械系統(tǒng)動力學的一些基本概念
2.1 廣義坐標與自由度
2.2 約束及其分類
2.3 虛位移原理與廣義力
2.3.1 虛位移原理
2.3.2 廣義力
第3章 動力學方程
3.1 質點運動學/動力學
3.1.1 質點運動學
3.1.2 達朗貝爾原理
3.1.3 動量和動量矩
3.2 動力學普遍方程
3.3 第二類拉格朗日方程
第4章 矩陣、矢量及張量
4.1 矩陣及其求導運算
4.1.1 矩陣
4.1.2 矩陣的特征值與特征向量
4.1.3 矩陣求導
4.2 矢量及其求導運算
4.2.1 矢量
4.2.2 基矢量
4.2.3 矢量的坐標矩陣
4.2.4 矢量對時間的導數(shù)
4.3 并矢與張量
4.3.1 并矢
4.3.2 張量
4.3.3 張量的運算
思考題
參考文獻
第二篇 離散系統(tǒng)的彈性振動
第5章 單自由度系統(tǒng)的振動
5.1 單自由度無阻尼自由振動
5.1.1 運動微分方程
5.1.2 用拉格朗日方程建立系統(tǒng)運動微分方程
5.1.3 等效質量
5.1.4 等效剛度
5.2 單自由度阻尼自由振動
5.2.1 運動微分方程
5.2.2 不同阻尼情況的討論
5.3 簡諧激勵下的強迫振動
5.3.1 無阻尼強迫振動
5.3.2 阻尼強迫振動
5.3.3 等效黏性阻尼
……
第三篇 多體系統(tǒng)動力學
第四篇 應用篇
參考文獻
索引