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內容簡介

　　 《機械係統虛擬樣機技術》為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。《機械係統虛擬樣機技術》介紹機械係統虛擬樣機軟件的理論基礎和實現原理，主要內容包括機械係統仿真分析的數學基礎、基於多體係統理論的串聯機構和並聯機構的運動學和動力學建模與仿真、多學科聯閤建模與仿真技術及數值算法等。
《機械係統虛擬樣機技術》適閤於作為機械工程及相關領域的高年級本科生和研究生教材，也可供相關領域研究人員閱讀和參考。

內頁插圖

目錄

第1章 虛擬樣機技術概論
1.1 虛擬樣機技術
1.2 基於虛擬樣機技術的機械産品開發
1.3 虛擬樣機軟件及工程應用
1.3.1 汽車行業的應用
1.3.2 航空航天中的應用
1.3.3 工程機械的應用
1.3.4 其他應用
1.4 多體係統動力學概述

第2章 數學基礎
2.1 矢量
2.1.1 位置矢量
2.1.2 矢量運算
2.1.3 矢量微分和積分
2.2 矩陣基礎
2.2.1 綫性空間簡介
2.2.2 矩陣
2.2.3 矩陣運算
2.2.4 矩陣特徵值和特徵矢量
2.2.5 矩陣分解
2.3 矢量變換
2.3.1 鏇轉矩陣
2.3.2 歐拉角
2.3.3 方嚮餘弦
2.3.4 四元數
2.3.5 齊次變換
2.4 剛體運動學分析基礎
2.4.1 速度和加速度
2.4.2 虛位移

第3章 機械係統運動學建模與仿真
3.1 約束與自由度
3.1.1 約束
3.1.2 自由度
3.2 約束方程
3.3 係統運動學分析
3.4 開鏈機構運動學分析
3.4.1 串聯機構位姿正解
3.4.2 串聯機構位姿逆解
3.4.3 串聯機構速度和加速度分析
3.4.4 Jacobi矩陣與奇異構型
3.4.5 串聯機構工作空間
3.5 並聯機構運動學分析
3.5.1 概述
3.5.2 結構及分類
3.5.3 位置逆解
3.5.4 位置正解
3.5.5 速度分析、Jacobi矩陣及奇異構型
3.5.6 工作空間
3.6 運動學分析的計算機建模
3.6.1 基本約束
3.6.2 運動副約束
3.6.3 驅動約束
3.6.4 運動學分析

第4章 機械係統動力學建模與仿真
4.1 動力學基本參量
4.1.1 綫動量
4.1.2 質心
4.1.3 角動量
4.1.4 轉動慣量
4.2 剛體動力學基本原理
4.2.1 作用在剛體上的力和力矩
4.2.2 Newton-Euler方程
4.2.3 虛功原理
4.2.4 D'Alembert原理
4.2.5 Lagrange方程
4.2.6 Kane方程
4.3 串聯機構動力學分析
4.3.1 開環機構靜平衡
4.3.2 動力學逆解
4.3.3 動力學正解
4.4 並聯機構動力學分析
4.4.1 閉鏈機構動力學分析
4.4.2 並聯機構靜力學
4.4.3 並聯機構動力學正解
4.4.4 並聯機構動力學逆解
4.5 動力學分析計算機建模
4.5.1 機械係統動力學方程
4.5.2 力元
4.5.3 運動副約束反力

第5章 多學科聯閤建模與仿真技術
5.1 多領域仿真技術概述
5.2 功率鍵閤圖
5.2.1 功率變量
5.2.2 元件
5.2.3 鍵閤圖繪製
5.2.4 因果關係
5.2.5 係統建模
5.2.6 多體係統鍵閤圖建模簡介
5.2.7 鍵閤圖建模綜述
5.3 綫性圖建模
5.3.1 綫性圖基礎
5.3.2 物理係統綫性圖建模
5.3.3 綫性圖建模實例
5.4 多領域仿真的計算機實現
5.5 多領域仿真技術的未來

第6章 數值算法
6.1 非綫性方程和方程組的數值解法
6.1.1 迭代法一般概念
6.1.2 非綫性方程數值解法
6.1.3 非綫性方程組的不動點迭代法
6.2 綫性方程組數值解法
6.2.1 綫性方程組的直接解法
6.2.2 綫性方程組的迭代法
6.3 常微分方程數值方法
6.3.1 Taylor級數
6.3.2 有限差分方法
6.3.3 一階Euler方法
6.3.4 數值算法的穩定和收斂
6.3.5 Runge-Kutta方法
6.3.6 綫性多步法
6.3.7 高階常微分方程的數值解法
6.3.8 一階常微分方程組的數值解法
6.3.9 常微分方程數值計算中的剛性
6.4 微分代數方程數值方法
6.4.1 DAE方程及其指標
6.4.2 DAE指標縮降方法
6.4.3 DAE方程穩定化技術
6.4.4 DAE直接離散方法

第7章 虛擬樣機軟件簡介
7.1 德國INTEC公司SIMPACK
7.1.1 SIMPACK仿真技術特點與應用
7.1.2 SIMPACK模塊及其應用
7.1.3 係統建模與仿真
7.2 美國MSC公司ADAMS
7.2.1 幾何建模
7.2.2 約束
7.2.3 載荷
7.2.4 仿真
7.2.5 後處理
7.2.6 其他功能
參考文獻

精彩書摘

物體在空間中的任何運動都可以看做移動（17ranslation）和轉動（Rotation）的疊加。在剛體動力學中，使用隨剛體運動的連體係（Body-Fixed Coordinate System）在參考坐標係或慣性係中的位置和方嚮來描述剛體的位姿。剛體的運動學參量如位置、方嚮、速度、加速度、角速度和角加速度等以及動力學特性如力、力矩、慣性張量和機械能等完全使用剛體的位姿來描述。結構動力學是剛體動力學在變形體上的離散化應用，盡管在處理柔性體時會采用一些適閤於柔性體特點的專門方法和技術，如使用浮動坐標係（Floating Coordinate System）描述柔性體的變形，但其數學建模的理論基礎仍然采用剛體位姿描述方法。
描述連體係相對參考係的位姿及其變化需要藉助矢量、矩陣及Euler角等數學工具。矢量是描述連體係空間位置最直接的方法。相對來說，描述連體係的方嚮更加復雜，所使用的方法包括鏇轉矩陣、Euler角、Rodrigus參數以及四元數等。
本章簡要介紹在多體係統運動學和動力學分析中經常使用的數學工具，包括矢量代數、鏇轉矩陣、Euler角、Rodrigus參數和四元數等。坐標係方嚮的描述在運動學和動力學分析中較為復雜，因此坐標係方嚮描述是本章的重點內容。
……

前言/序言

麵對21世紀高新技術應用、信息化和全球經濟一體化所帶來的異常激烈的競爭，麵對有限的資源和日益增長的環保壓力的挑戰，人類對上至太空、下至海洋、大到巨型係統、小到微觀領域進行著不懈的探索，而機械係統在其中發揮著不可或缺的作用。為滿足高技術應用的要求，機械係統在其復雜性、精度、可靠性以及使用壽命等方麵呈現齣越來越高的發展趨勢。
復雜機械係統是指功能復雜、係統組成復雜、産品技術復雜、製造過程復雜和項目管理復雜的一類機械産品。復雜機械係統由多個子係統組成，各個子係統之間存在著錯綜復雜的非綫性相互作用。復雜機械産品的優化設計過程已經從傳統的麵嚮零部件、單一工藝、單一學科的局部優化發展到麵嚮整體的多學科全麵優化，傳統的機械係統優化設計技術已難以滿足這種要求。作為一門新技術，虛擬樣機技術（Virtual Prototype Technology）為復雜機械係統的優化設計提供瞭一種動態仿真分析工具。
虛擬樣機技術以多體係統動力學（Dynamics of Multi body System）為核心，將分散零部件的幾何設計和多種分析技術，如有限元分析（Finite Element Analysis）、多領域（Multi-Domain）仿真技術等有機結閤在一起，在計算機上建造機械産品的整體模型，並針對多種可能的工況和不同的設計方案進行分析，評估機械係統性能，進行機械係統優化設計，為物理樣機的設計和製造提供依據。
20世紀80年代，國際上已係統地提齣機械係統動態仿真技術或虛擬樣機技術。經過數十年的研究和發展，虛擬樣機技術理論漸趨成熟，並有相當數量的軟件完成瞭商業化開發。我國進行虛擬樣機技術的研究稍晚於國外，但也取得瞭斐然的成就。
近年來，虛擬樣機技術在機械産品設計和開發中獲得瞭廣泛應用。針對這種情況，為瞭解虛擬樣機技術的理論基礎和技術，掌握虛擬樣機軟件的使用方法，為我國培養機械係統仿真和分析的高級專業人纔，在高等院校機械工程相關專業開設虛擬樣機技術的課程已勢在必行。
虛擬樣機技術具有學科綜閤的特點，它涉及多體係統動力學、控製理論、有限元分析、計算機圖形學和數值計算等多種知識，是集機械、液壓、控製及有限元等技術於一體的多學科交叉的邊緣學科和技術，和傳統獨立的CAD和FEA等技術相比，涉及專業麵寬、覆蓋領域廣。使用者不僅要具有一般的多體係統動力學、控製論等專業基礎理論知識，同時還要具有一定的工程專業背景。隻有具備這兩者纔能真正理解和使用這門技術以解決工程問題。隻有在瞭解虛擬樣機技術理論知識的基礎上，纔有可能深入瞭解並熟練應用虛擬樣機軟件。
虛擬樣機技術作為一門新技術，目前與之相關的教材或專著還為數不多。在已有教材中，多數著重於軟件本身的操作，僅簡單列舉瞭相關的機械係統動力學方程，這種情況不利於虛擬樣機技術的推廣與深入應用。對虛擬樣機技術的理論基礎，特彆是多體係統動力學具有初步認識，並能較深入地掌握某種軟件的應用，顯然會為以後進一步深入學習和掌握這門技術奠定良好的基礎。

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這本書叫機械係統虛擬樣機技術是:.360.鄭相周1.鄭相周，:.360.唐國元1.唐國元寫的最經典的作品之一。很多人都推薦的，比如主要講得是關於機械係統虛擬樣機技術為普通高等教育十一五國傢級規劃教材。機械係統虛擬樣機技術介紹機械係統虛擬樣機軟件的理論基礎和實現原理，主要內容包括機械係統仿真分析的數學基礎、基於多體係統理論的串聯機構和並聯機構的運動學和動力學建模與仿真、多學科聯閤建模與仿真技術及數值算法等。機械係統虛擬樣機技術適閤於作為機械工程及相關領域的高年級本科生和研究生教材，也可供相關領域研究人員閱讀和參考。麵對21世紀高新技術應用、信息化和全球經濟一體化所帶來的異常激烈的競爭，麵對有限的資源和日益增長的環保壓力的挑戰，人類對上至太空、下至海洋、大到巨型係統、小到微觀領域進行著不懈的探索，而機械係統在其中發揮著不可或缺的作用。為滿足高技術應用的要求，機械係統在其復雜性、精度、可靠性以及使用壽命等方麵呈現齣越來越高的發展趨勢。復雜機械係統是指功能復雜、係統組成復雜、産品技術復雜、製造過程復雜和項目管理復雜的一類機械産品。復雜機械係統由多個子係統組成，各個子係統之間存在著錯綜復雜的非綫性相互作用。復雜機械産品的優化設計過程已經從傳統的麵嚮零部件、單一工藝、單一學科的局部優化發展到麵嚮整體的多學科全麵優化，傳統的機械係統優化設計技術已難以滿足這種要求。作為一門新技術，虛擬樣機技術（）為復雜機械係統的優化設計提供瞭一種動態仿真分析工具。虛擬樣機技術以多體係統動力學（）為核心，將分散零部件的幾何設計和多種分析技術，如有限元分析（）、多領域（-）仿真技術等有機結閤在一起，在計算機上建造機械産品的整體模型，並針對多種可能的工況和不同的設計方案進行分析，評估機械係統性能，進行機械係統優化設計，為物理樣機的設計和製造提供依據。20世紀80年代，國際上已係統地提齣機械係統動態仿真技術或虛擬樣機技術。經過數十年的研究和發展，虛擬樣機技術理論漸趨成熟，並有相當數量的軟件完成瞭商業化開發。我國進行虛擬樣機技術的研究稍晚於國外，但也取得瞭斐然的成就。近年來，虛擬樣機技術在機械産品設計和開發中獲得瞭廣泛應用。針對這種情況，為瞭解虛擬樣機技術的理論基礎和技術，掌握虛擬樣機軟件的使用方法，為我國培養機械係統仿真和分析的高級專業人纔，在高等院校機械工程相關專業開設虛擬樣機技術的課程已勢在必行。虛擬樣機技術具有學科綜閤的特點，它涉及多體係統動力學、控製理論、有限元分析、計算機圖形學和數值計算等多種知識，是集機械、液壓、控製及有限元等技術於一體的多學科交叉的邊緣學科和技術，和傳統獨立的和等技術相比

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