多体系统动力学

作者简介

《多体系统动力学》论述了多体系统动力学的基础理论和分析方法，介绍了一些多体系统动力学的近期研究进展。鉴于实际多体系统动力学问题只能通过相应的软件求解，《多体系统动力学》重点阐述了那些对编程有指导意义的理论和方法。为保持知识体系的完整性，书中结合柔体建模和求解的需要讲解了连续介质力学、有限元法以及结构力学中的相关内容。全书共10章。其中，第1-6章主要讲述多刚体系统动力学，是全书的基础篇；第7-10章主要讲述多柔体系统动力学。《多体系统动力学》可作为工程力学、机械工程、汽车工程和航天工程等专业的研究生教材，也可供相关领域科研人员的参考。

书籍目录

序前言第1章  多体系统拓扑构型的数学描述  1.1 多体系统拓扑结构  1.2 多体系统的分类  1.3 关联矩阵和通路矩阵  思考题第2章  刚体运动学  2.1 刚体的连体基  2.2 刚体的转动  2.3 刚体之间的相对运动  2.4 转动的角速度和角加速度  思考题第3章  邻接刚体的相对运动  3.1 铰的三大要素  3.2 铰坐标系  3.3 铰坐标  3.4 组合铰和复杂铰  3.5 约束元  3.6 邻接物体的姿态传递  3.7 邻接物体的质心位移传递  3.8 邻接物体角速度和角加速度传递  3.9 邻接物体质心速度和质心加速度传递  思考题第4章  多刚体系统运动学  4.1 铰坐标组集  4.2 树系统中刚体的连体基矢量  4.3 铰的轴矢量  4.4 多体系统中物体的质心  4.5 多体系统中物体的角速度  4.6 多体系统中物体的角加速度  4.7 只含转动铰的多体系统中物体质心速度  4.8 带滑移铰的多体系统中物体质心速度  4.9 多体系统中物体质心加速度  4.10 切断铰所关联物体的相对运动  4.11 姿态约束方程  4.12 角速度约束方程  4.13 角加速度约束方程  4.14 铰点相对位置约束方程  4.15 铰点相对速度约束方程  4.16 铰点相对加速度约束方程  思考题第5章  多体系统动力学  5.1 理想约束  5.2 质点系统动力学普遍方程  5.3 刚体动力学方程  5.4 多刚体系统动力学虚功率方程  5.5 力元  5.6 约束系统动力学方程  5.7 拉氏乘子的直接求解  5.8 拉氏乘子的力学意义  5.9 冗余约束  5.10 铰约束反力的求解  5.11 非理想约束反力  5.12 单面约束  5.13 单点无摩擦碰撞  5.14 多点无摩擦碰撞  5.15 非独立碰撞冲量  5.16 尖点碰撞  5.17 摩擦碰撞冲量方程  5.18 单点摩擦碰撞的状态演化方程  5.19 静摩擦状态的演化  5.20 多点摩擦碰撞的冲量方法  5.21 库仑摩擦定律的近似  5.22 多点摩擦碰撞的非线性互补模型  5.23 摩擦碰撞的线性互补模型  思考题第6章  多体系统数值分析  6.1 约束稳定化方法  6.2 速度分解法  6.3 正交投影修正法  6.4 罚函数法  6.5 常微分方程数值解的基本原理  6.6 常微分方程数值解的稳定性  6.7 线性互补问题的求解  6.8 树系统中广义加速度的快速算法  6.9 多体系统逆动力学  6.10 多体系统静平衡位置  6.11 多体系统灵敏度分析  6.12 多体系统能量传递分析  思考题第7章  柔体动力学  7.1 弹性体的应力  7.2 弹性体的位移分解  7.3 弹性体的应变  7.4 弹性体面元与体元的变换  7.5 弹性体的动能  7.6 弹性体的变形功率  7.7 弹性体的虚功率方程  7.8 弹性体的离散  7.9 弹性体的弹性质量矩阵  7.10 转动矩阵的基本性质  7.11 欧拉四元数与转动  7.12 含两个以上节点的单元坐标系  7.13 杆单元坐标系  7.14 转动场的离散  7.15 梁单元坐标系  7.16 弹性体的动力单元  7.17 四节点四面体单元  7.18 两节点空间梁单元  7.19 弹性体的动力刚化效应  思考题第8章  柔体部件运动参数的减缩  8.1 一维质量弹簧系统固有频率及其振动模态的性质  8.2 质量弹簧系统固有频率及其振动模态的求解方法  8.3 一般结构的固有频率及其振动模态  8.4 一般结构的等效质量弹簧系统  8.5 结构的模态集  8.6 子结构模态综合法  8.7 动力单元矩阵的减缩  思考题第9章  多柔体系统运动学  9.1 铰的相对方位  9.2 柔体部件的模态坐标  9.3 邻接物体的相对转动  9.4 邻接物体连体基原点矢径  9.5 切断铰约束方程  9.6 连体基与广义坐标  思考题第10章  多柔体系统动力学  10.1 多柔体系统虚功率方程  10.2 简单多体系统的等效减缩  10.3 切断铰约束反力  10.4 复杂多体系统的等效减缩  10.5 切断铰约束方程的等效减缩  10.6 复杂系统的广义加速度  10.7 派生树系统铰的理想约束反力  10.8 多体系统广义加速度的求解流程  10.9 约束反力的一般形式  10.10 广义库仑摩擦定律  10.11 铰中的摩擦力  10.12 球铰  10.13 圆柱铰  10.14 旋转铰  10.15 万向节  10.16 棱柱铰  思考题参考文献

编辑推荐

《多体系统动力学》由科学出版社出版。

前言

多体系统动力学是研究复杂机械系统运动规律和部件的受力环境的理论基础，是现代设计理论中虚拟样机的核心技术之一。多体系统的理论和应用研究对提高设计水准缩短设计周期都具有重要的指导意义。本书是作者在多年潜心从事教学、科研和软件研发工作基础上完成的。书中的内容将基础知识和算法紧密结合，以帮助读者在掌握多体系统动力学基础理论的同时，能够运用所学知识编制相应的分析软件。鉴于多体系统动力学理论和应用研究在近期内的快速发展，作者在查阅大量文献的基础上，介绍了该领域的部分新成果，其中也包括作者及其合作者所取得的最新研究成果。多体系统动力学是一门高度综合的学科，涉及连续介质力学、有限元法、结构力学等自成体系的学科。作者在有限篇幅内讲述了这些学科的相关基础理论及方法，为读者提供了很好的入门向导，实属不易。相信本书可作为很好的研究生教材，也可作为相关领域学者的有益参考书。

内容概要

齐朝晖，男，现任大连理工大学工程力学系教授、博士生导师。1964年8月14日出生，1985年于北京理工大学获学士学位，1994年于吉林工业大学获博士学位，1996年在大连理工大学力学博士后流动站出站后留校任教，在1999年和2001年分别出访俄罗斯和英国开展合作研究工作。多年来一直从事多体系统动力学和计算动力学的研究工作，负责或作为主要人员参加的国家自然科学基金项目、国际交流项目，863项目等国家级项目10项。

章节摘录

插图：第1章 多体系统拓扑构型的数学描述工程中许多复杂系统都是由具有一定独立性的部件组成的。按照部件之间组成方式的不同，这些复杂系统可以划分为结构和机构。部件之间没有明显的相对运动，因而系统具有相对稳定的几何形状，这样的系统称为结构，如建筑、桥梁；部件之间可以存在明显相对运动的系统称为机构。这些复杂机构的运动、变形以及力的传递规律就是多体系统动力学的研究对象。只不过在多体系统动力学中将具有一定运动学独立性的部件称为物体，而多体系统定义为由多个物体通过运动副连接的机械系统。多体系统动力学起源于多刚体系统动力学：由多个刚体组成的系统（Multi-rigid-body Systems）。当时人们采用一个普遍的假设：物体的小变形不会对系统整体运动产生明显影响。随着技术的进步，实际工程中出现了一些部件变形效应不可忽略的机械系统，人们称之为多柔体系统（Flexible Multi-body Systerns）。由于多柔体系统动力学涵盖了多刚体系统动力学，现在人们已不再特意强调系统中的物体是否为刚体，统称这两类系统为多体系统。目前，多体系统动力学已成为计算机辅助设计（Computer Aided Design）和计算机辅助工程（Computer Aided Engineering）中虚拟样机技术的重要组成部分。1.1 多体系统拓扑结构多体系统中物体之间的连接方式称为多体系统的拓扑结构。这个拓扑结构通常用代表物体和铰的几何体所组成的图形来表示，如图1.1所示。（1）铰铰是指物体间的运动约束，在拓扑结构图中由一条有向线段表示，用于描述线段终点所对应物体相对于线段起点所对应物体的运动，如图1.1中的Hi（i=1，2，…，7）。多体系统中物体之间的相对运动往往不是独立的，铰是物体间运动学关系的一种抽象。实际机械系统中物体之问的连接都是由一些具体的机构实现的，如圆柱铰、球铰、万向节等。

图书封面

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