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出版者:中国铁道出版社

作者:张卫华

出品人:

页数:424

译者:

出版时间:2006-12

价格:65.00元

装帧:

isbn号码:9787113074791

丛书系列:

图书标签:

• 机车
• 车辆动力学
• 动态模拟
• 仿真
• 建模
• 控制
• Matlab/Simulink
• 交通工程
• 机械工程
• 车辆工程

现代机械工程理论与实践：基于多体动力学方法的结构分析与优化 本书旨在系统梳理现代机械工程领域中，特别是复杂机械系统动力学分析与设计所必需的前沿理论与实用技术。全书内容聚焦于如何利用先进的计算工具和数学模型，对机械装置的运动学、动力学特性进行精确预测、评估与优化，从而指导工程实践中的可靠性提升与性能突破。 本书的内容体系覆盖了从基础理论构建到高级应用实施的完整链条，特别强调了多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）方法在解决实际工程问题中的核心作用。我们没有涉及任何关于“机车车辆”的特定设计、运行工况或相关系统的具体技术细节。 --- 第一部分：基础理论与数学建模 本部分为后续高级分析奠定坚实的理论基础，详细阐述了描述机械系统运动与受力状态的数学工具和物理定律。 第一章：机械系统动力学的基本概念与演进 本章首先界定现代机械动力学的研究范畴，区分了经典刚体力学、有限元法（FEM）与多体动力学在处理系统自由度、约束关系和非线性效应上的核心差异。重点讨论了机械系统建模的层级概念，即如何从宏观运动描述过渡到微观应力分析。同时，简要回顾了动力学分析方法的发展历程，为理解现代计算方法的优越性做铺垫。 第二章：刚体运动学与坐标变换基础 详细阐述了描述空间中刚体位置和姿态的数学工具。引入了欧拉角、四元数（Quaternions）等非奇异的姿态描述方法，并对比了它们在数值积分和运动学逆解中的适用性。坐标系之间的转换矩阵（Rotation Matrices）的构建与应用是本章的重点，强调了如何在不同参考系间保持运动和力的连续性。 第三章：约束方程的建立与处理 约束是机械系统动力学的核心特征。本章深入探讨了各种常见约束（如旋转副、移动副、万向节）的数学表达式，包括但不限于代数约束方程和微分约束方程。重点解析了如何处理系统的“过约束”问题，以及如何利用拉格朗日乘子法（Lagrange Multiplier Method）或投影法，将带约束的运动方程转化为标准形式的常微分方程组，为后续的数值求解做准备。 第四章：拉格朗日方程与牛顿-欧拉方程的推导 本章对比介绍了两种主要的动力学方程建立方法。首先，详细推导了基于虚功原理的拉格朗日方程在描述复杂系统时的优势，特别是其对约束力的隐式处理能力。其次，系统阐述了牛顿-欧拉方程在刚体系统中的应用，侧重于如何精确计算系统中各个构件的惯性力、科里奥利力和离心力。 --- 第二部分：多体动力学求解与仿真技术 本部分聚焦于如何将抽象的数学模型转化为可执行的计算机仿真，并讨论了求解过程中的数值稳定性与效率问题。 第五章：系统动力学方程的数值积分方法 动力学方程通常为一阶或二阶常微分方程组，需要依赖数值积分求解。本章系统介绍并比较了显式和隐式积分方法，如龙格-库塔法（Runge-Kutta）、广义-$alpha$法和HHT-$alpha$法。特别分析了如何选择合适的积分步长以平衡计算精度与仿真时间，并探讨了处理非线性系统时可能出现的数值稳定性问题。 第六章：求解代数约束问题的迭代算法 在求解带代数约束的微分方程组时，数值方法可能导致约束条件（如闭环条件）随时间漂移。本章详细介绍了稳定化技术，包括巴特-希尔伯格方法（Baumgarte Stabilization）和投影法，以确保在整个仿真过程中，系统保持在有效的约束流形上。 第七章：柔性体动力学（Flexible Multibody Dynamics, FMBD） 本章将刚体动力学扩展到包含弹性变形的系统。讨论了如何通过模态分析（Modal Analysis）提取构件的振动特性，并将变形表示为模态坐标的线性组合（如欧拉-伯努利梁理论、巴特勒近似）。重点阐述了如何将柔性体与刚体进行耦合，分析柔性效应导致的系统非线性行为。 第八章：接触与碰撞的模拟 在机械系统中，瞬态的接触和碰撞是影响寿命和性能的关键事件。本章深入研究了接触力的建模，包括赫兹接触理论（Hertzian Contact）和弹性-粘滞阻尼接触模型。对于非弹性碰撞，详细介绍了基于恢复系数模型的求解策略，以及如何处理动量守恒与能量耗散问题。 --- 第三部分：高级分析与工程应用 本部分将理论与仿真技术应用于更复杂的工程分析场景，关注性能评估、优化设计和系统控制接口。 第九章：系统响应分析与特征值提取 本章教授如何利用建立的动力学模型进行系统的周期性分析。讨论了如何提取系统的固有频率和振型，以及如何应用福里叶分析来识别系统的受迫振动响应。重点分析了阻尼对系统稳定性的影响，并介绍了如何利用模态叠加法（Modal Superposition）加速瞬态响应计算。 第十条：设计优化与参数化研究 动力学仿真不仅仅是预测，更是设计工具。本章探讨了如何将优化算法（如梯度下降法、遗传算法）与动力学求解器结合，实现结构参数（如质量分布、弹簧刚度、连接器位置）的最优设计。讨论了如何定义合理的性能目标函数，以最小化振动、最大化效率或控制功耗。 第十一集：人机交互与控制系统集成 现代复杂机械系统离不开反馈控制。本章讨论了如何将动力学仿真模型与控制器模型（如PID控制器、状态反馈控制器）集成在一起进行闭环仿真。内容包括如何建立精确的执行器模型、传感器模型，以及如何评估控制器在真实系统动态环境下的鲁棒性和响应速度。 第十二集：复杂机构运动学与动力学反问题 本章关注工程实践中常见的“反向”问题，即已知期望的运动轨迹，如何反推出所需的驱动力或结构参数。详细阐述了逆动力学（Inverse Dynamics）的求解过程，以及如何利用优化方法来平滑或修正输入力矩，以满足实际驱动器的能力限制。 --- 本书适合对象： 机械工程、航空航天工程、车辆工程、机器人技术等领域的研究人员、高级工程师以及对复杂系统多体动力学建模与仿真感兴趣的专业人士。通过阅读本书，读者将掌握一套完整、严谨且实用的方法论，用于分析和优化各类动态机械系统的性能与可靠性。

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这本书给我的感觉，与其说是一本关于“机车车辆”的书，不如说是一部关于“速度与激情”的史诗。我一直对那些庞大的、轰鸣的机械充满着好奇，而这本书则为我打开了一个全新的视角。我发现，机车的设计不仅仅是技术上的考量，更蕴含着当时社会对效率、对旅行、对进步的渴望。作者在书中花费了大量篇幅去探讨不同历史时期，社会发展需求如何驱动着机车技术的进步。比如，工业革命初期，对煤炭运输的需求催生了强大的货运机车；而随着人们旅行需求的增长，速度更快、更舒适的客运机车则应运而生。书中对一些关键技术突破的阐释，比如锅炉效率的提升、制动系统的改进等，都写得非常透彻，但又不会让人感到枯燥。我特别欣赏作者的叙述方式，他总能在技术细节中穿插引人入胜的故事，让我仿佛在阅读一部精彩的小说，而不是一本枯燥的教材。这本书让我明白，每一个齿轮、每一根管道，都承载着历史的印记和人类的智慧，它们共同谱写了交通运输史上最辉煌的篇章。

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我一直觉得，真正优秀的图书，不仅仅是信息的传递，更是情感的共鸣。这本书在这方面做得非常出色。它没有把我当成一个冷冰冰的技术学习者，而是像一位老朋友，娓娓道来机车车辆那些鲜为人知的故事。我最喜欢的部分是作者对机车“灵魂”的描绘，那种机械与动力的完美结合，所爆发出的强大生命力。他用非常生动形象的语言，描述了蒸汽机工作的每一个瞬间，从炉火的点燃，到水蒸气的涌动，再到活塞的有力往复，最终推动着巨大的钢铁身躯向前奔跑。这种描绘充满了画面感，让我几乎能听到那雄浑的汽笛声和钢铁碰撞的轰鸣。书中还穿插了一些关于火车司机和乘务员的片段，他们与机车朝夕相处，将机车视为伙伴，这种人与机器之间的深厚情感，真的非常打动我。我甚至感觉，这本书里每一个被提及的机车型号，都拥有了自己的个性和命运。作者通过对这些机械的细致观察和深刻理解，传递出一种对工业文明的敬畏之情，也让我看到了隐藏在冰冷金属之下的，人类的勤劳、智慧与梦想。

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坦白说，我选择这本书，纯粹是被它极具艺术感的封面所吸引。那是一种混合了复古工业风和硬朗金属质感的独特美学，让我立刻联想到了那些在历史长河中留下了深刻印记的蒸汽巨兽。然而，当我翻开书页，我才发现，它所带来的惊喜远不止于视觉。作者以一种非常独特的视角，将机车的历史演变描绘得如同一幅幅生动的画卷。他并没有像很多技术书籍那样，直接切入复杂的工程原理，而是从更广阔的历史和社会背景出发，讲述了机车是如何从最初的蒸汽时代，一步步走向电气化、内燃化的。我尤其喜欢书中对那些标志性机车设计理念的剖析，比如某个时代的设计风格是如何受到当时流行艺术思潮的影响，或是某项创新是如何解决当时社会发展面临的瓶颈。作者的文字功底非常深厚，他能够将枯燥的技术信息，转化为引人入胜的叙述，让我仿佛亲身经历了那些伟大的发明和变革。读完这本书，我不再仅仅看到冰冷的钢铁机器，而是感受到了它们背后所蕴含的，人类对探索、对连接、对更美好生活的永恒追求。

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这本书的阅读体验简直像是在穿越时间的长河，体验着机车从最初的蹒跚学步到后来的风驰电掣。我一直对工业革命时期的机械装置有着莫名的情结，而这本书恰好满足了我对机车发展历史的好奇心。它没有一开始就抛出一堆晦涩难懂的术语，而是从宏观的时代背景入手，讲述了铁路建设如何深刻地改变了世界，而机车作为这场革命的核心，又是如何被孕育和发展的。书中对不同时期代表性机车型号的介绍，仿佛一张张生动的图鉴，让我看到了不同国家、不同设计师的独特风格和技术理念。我特别喜欢书中对一些经典机车设计背后故事的挖掘，比如某个系列机车为何采用了某种特殊的锅炉设计，或是为了适应特定的线路条件而进行的创新。作者并没有简单地罗列数据，而是将这些技术细节巧妙地融入到历史叙事中，让每一个部件、每一个改进都显得那么有生命力。读到关于早期火车事故的描述时，我更能体会到工程师们在追求速度和效率的同时，所面临的巨大风险和责任。整本书读下来，我感觉自己就像亲身参与了一场波澜壮阔的工业革命，对机车，对那个时代，都有了全新的认知。

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这本书的包装设计真的很吸引人，封面上那辆复古机车线条流畅，色彩搭配也恰到好处，一看就很有年代感和工业美学。翻开目录，我本以为会看到一些枯燥的理论公式和技术图解，但没想到内容展开得如此引人入胜。作者似乎花了大量篇幅去描绘那些蒸汽时代的工程师们是如何在没有先进计算机辅助的情况下，仅凭着对力学和材料学的深刻理解，以及惊人的毅力和实践精神，一步步将抽象的机械原理转化为轰鸣的巨兽。我尤其对其中关于早期火车头设计演变的部分印象深刻，从最初粗糙的铸铁怪物，到后来逐渐优化、提升效率和速度的精美杰作，每一个细节都充满了智慧的火花。作者似乎还挖掘了一些鲜为人知的历史轶事，比如某位工程师为了解决一个关键的传动问题，如何在深夜的灯光下反复演算，甚至亲手制作模型进行试验。这种对细节的极致追求和对历史人物的深情描绘，让我仿佛置身于那个充满挑战与创新的时代，感受着工程师们的热血与激情。这本书不仅仅是关于机械的，更像是一部关于人类智慧和坚持的史诗，让我对“匠心”这个词有了更深刻的理解。

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