《机械系统动力学原理与应用》首先介绍了有关机械系统动力学的一些基本概念、常用动力学方程以及相关的数学理论基础;然后按照研究对象由集中质量到刚体再到柔性体的思路,阐述了离散系统的弹性振动、多刚体系统动力学和多柔体系统动力学的基本原理和方法;最后介绍了基于通用机械系统动力学仿真软件ADAMS平台进行机械系统动力学建模分析的基本步骤及其方法,特别是结合作者的科研教学实践,给出了机械系统动力学的应用实例,以培养读者综合运用所学的数学、力学以及有关专业课程知识进行机械系统设计分析的能力,适应当前机械设计工作的需要。
《机械系统动力学原理与应用》可作为高等院校机械、汽车、内燃机、宇航等相关专业研究生或高年级本科生的教学参考书,也可作为从事相关工作的工程技术人员和科研人员的参考用书。
机械系统的设计一般包括机构设计和结构设计两部分内容,机构指的是在运行过程中构件间存在相对运动的系统。常规的机构分析方法(如图解法、解析法)只能用于系统中物体个数不多的情况,并且精度有限。现代科学以及计算机技术的发展使得分析含有大量物体和铰的复杂系统成为可能。本书正是以复杂机械系统的分析原理及其应用为主要内容进行介绍的,可为进行机械系统动力学研究的研究生或相关研究人员提供理论及技术基础。
考虑到机械系统动力学分析中有时仅需要考察构件间的弹性运动(如轴系的振动),而这时系统往往被模型化为离散的质量系统,因此本书内容涵盖了离散系统的弹性振动和多体系统动力学,包括理论介绍和应用实例。本书内容除了第1章绪论以外共分为4篇:
第一篇为基础篇,包括第2~4章,介绍了离散系统的弹性振动和多体系统动力学通用的力学和数学基础,以求整书在知识体系上的完整性和连贯性。
第二篇为离散系统的弹性振动,包括第5~7章。第5章介绍了单自由度系统的振动;它是研究复杂振动的基础,许多机械振动的概念和研究方法都将在此章进行介绍。第6章介绍了二自由度系统的振动;二自由度系统是多自由度系统最简单的特例,力学直观性比较明显,本章主要介绍振动系统的固有频率和主振型等概念以及运动微分方程的耦合问题。第7章介绍了多自由度系统的振动;相较于二自由度系统,由于自由度数目的增加,分析工作量加大,需要采用与之相适应的数学工具和分析方法,本章主要介绍模态分析法,它是多自由度系统振动分析的基本方法。
第三篇为多体系统动力学,包括第8~11章,是本书内容分量最重的部分。第8章介绍了刚体运动学、动力学的基础知识。第9章介绍了基于笛卡儿数学模型的多刚体系统运动学原理;与传统的运动学分析不同,多刚体系统运动学是以系统中连接物体之间的运动副为出发点、基于运动副对应的约束方程来进行分析的,因此本章着重介绍了系统约束方程的建立及求解方法。第10章介绍了采用笛卡儿数学模型的多刚体系统动力学原理,主要包括建立约束多刚体系统动力学方程(是一个微分一代数混合方程组)及其求解的方法,以及动力学逆问题、约束反力的分析方法。第11章介绍了柔性多体系统动力学建模方法,主要针对含小变形柔性体的多体系统,介绍了采用相对描述法进行动力学建模的基本原理,这部分内容是多刚体系统动力学建模的自然延伸和发展。
第四篇为应用篇,包括第12和13章。第12章介绍了基于通用机械系统动力学仿真软件ADAMS平台进行机械系统动力学建模分析的基本步骤及其方法。第13章给出了机械系统动力学的分析实例,是作者在科研和教学实践中的一些成果,涉及多自由度系统的振动分析、多刚体系统以及含柔性体的多体系统动力学的建模分析。
本书作者均为从事机械系统动力学应用研究及教学的科研人员,其中,绪论、第一篇和第三篇由覃文洁撰写,第二篇由王国丽撰写,第四篇由覃文洁和王国丽共同撰写。由于作者水平有限,书中难免存在疏漏之处,诚请读者批评指正。
第1章 绪论
1.1 机械系统
1.2 机械系统动力学
1.3 机械系统动力学的模型及分析方法
1.3.1 离散系统模型及分析方法
1.3.2 多体系统模型及分析方法
参考文献
第一篇 基础篇
第2章 有关机械系统动力学的一些基本概念
2.1 广义坐标与自由度
2.2 约束及其分类
2.3 虚位移原理与广义力
2.3.1 虚位移原理
2.3.2 广义力
第3章 动力学方程
3.1 质点运动学/动力学
3.1.1 质点运动学
3.1.2 达朗贝尔原理
3.1.3 动量和动量矩
3.2 动力学普遍方程
3.3 第二类拉格朗日方程
第4章 矩阵、矢量及张量
4.1 矩阵及其求导运算
4.1.1 矩阵
4.1.2 矩阵的特征值与特征向量
4.1.3 矩阵求导
4.2 矢量及其求导运算
4.2.1 矢量
4.2.2 基矢量
4.2.3 矢量的坐标矩阵
4.2.4 矢量对时间的导数
4.3 并矢与张量
4.3.1 并矢
4.3.2 张量
4.3.3 张量的运算
思考题
参考文献
第二篇 离散系统的弹性振动
第5章 单自由度系统的振动
5.1 单自由度无阻尼自由振动
5.1.1 运动微分方程
5.1.2 用拉格朗日方程建立系统运动微分方程
5.1.3 等效质量
5.1.4 等效刚度
5.2 单自由度阻尼自由振动
5.2.1 运动微分方程
5.2.2 不同阻尼情况的讨论
5.3 简谐激励下的强迫振动
5.3.1 无阻尼强迫振动
5.3.2 阻尼强迫振动
5.3.3 等效黏性阻尼
……
第三篇 多体系统动力学
第四篇 应用篇
参考文献
索引