多刚体系统动力学

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出版者:北京理工大学出版社
作者:袁士杰
出品人:
页数:394页
译者:
出版时间:1992
价格:$3.45
装帧:
isbn号码:9787810134774
丛书系列:
图书标签:
  • 刚体
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具体描述

刚体动力学

第一章 牛顿-欧拉方法 (12学时)

§1.1矢量与张量(2学时) §1.2 刚体运动学基础(2学时)

§1.3 刚体动力学基础(2学时) §1.4 多刚体系统的运动学(3学时)

§1.5 多刚体系统的动力学习(3学时)

第二章 拉格朗日方程方法(10学时)

§2.1 刚体运动学的欧拉参数描述(1学时)

§2.2 多刚体系统的约束(2学时)

§2.3 多刚体系统的运动学分析(2学时)

§2.4 多刚体系统的动力学(2学时) §2.5 数值计算的直接法(1学时)

§2.6 引入铰链坐标(2学时)

第三章 罗伯逊-维藤伯格方法(9学时)

§3.1 多刚体系统结构的描述(2时)

§3.2 树形多刚体系统的运动学(2学时)

§3.3 有根系统动力学(3学时) §3.4 无根系统动力学(2学时)

第四章 凯恩方法(9学时)

§4.1 偏速度和偏角速度(3学时)

§4.2 广义主动力和广义惯性力(3学时)

§4.3 凯恩动力学方程(3学时)

《多刚体系统动力学》 本书系统地阐述了多刚体系统的动力学分析方法。多刚体系统,顾名思义,是由多个相互连接的刚性构件组成的系统。这些构件可以通过关节(如旋转关节、平移关节、球铰等)进行相对运动。从简单的联动机械臂到复杂的航天器姿态控制,再到人体运动的模拟,多刚体系统的概念几乎渗透到了工程、物理、生物力学等众多学科的各个角落。深入理解和准确预测这些系统的运动规律,对于设计、优化和控制至关重要。 本书的编写遵循严谨的科学逻辑,从基础理论出发,逐步深入到复杂的建模与分析技术。我们将首先回顾刚体力学的基本概念,包括质量、惯性、力、力矩以及牛顿-欧拉方程,为后续的复杂系统分析奠定坚实的基础。在此基础上,我们将重点介绍构建多刚体系统动力学模型的各种方法。 其中,拉格朗日方程作为一种基于能量原理的动力学建模方法,以其简洁性和普适性而著称。本书将详细介绍如何利用动能和势能来导出系统的运动方程,并讨论广义坐标的选择对建模效率的影响。对于复杂的约束条件,如关节约束,我们将深入探讨如何将其引入拉格朗日方程,形成约束动力学方程。 另一种重要的建模方法是牛顿-欧拉方程。尽管它在概念上更为直观,但在处理具有大量自由度和复杂约束的多刚体系统时,直接应用可能会变得非常繁琐。本书将展示如何系统地应用牛顿-欧拉方程,如何有效地处理力和惯性力,以及如何通过引入虚拟运动和求解连杆间的内力来逐步推导系统的运动方程。我们将探讨如何有效地组织和表示这些方程,以方便后续的数值求解。 为了更高效地处理多刚体系统的运动,本书还将介绍特征值方法和状态空间表示。通过将系统的运动方程转化为标准形式,我们可以利用线性系统理论中的成熟工具来分析系统的稳定性、频率响应等关键特性。这对于理解系统的固有振动模式和预测其在外部激励下的行为具有重要意义。 在模型构建完成后,数值求解是关键的下一步。本书将讨论多种数值积分算法,包括显式和隐式方法,并分析它们在精度、稳定性和计算效率方面的优缺点。我们将重点介绍在多刚体系统动力学分析中常用的算法,如Runge-Kutta方法和Newmark-β方法,并提供如何选择合适算法的指导。 除了标准的动力学分析,本书还将探讨一些更高级的主题。约束力分析是多刚体系统动力学中不可或缺的一部分。理解连接件之间的力以及关节反力,对于结构设计、强度校核以及故障诊断至关重要。我们将详细讲解如何从动力学方程中提取和计算这些约束力。 动力学仿真是验证理论模型和预测系统行为的有力工具。本书将介绍如何利用建立的动力学模型进行仿真,以及如何对仿真结果进行分析和解释。我们将探讨仿真过程中可能遇到的问题,如数值不稳定性、精度下降等,并提供相应的解决策略。 此外,对于一些特殊的应用场景,本书还将涉及逆动力学问题。逆动力学旨在根据期望的运动轨迹,计算出驱动系统达到该轨迹所需的力或力矩。这在机器人控制、运动康复等领域具有广泛的应用。 本书的目标读者包括但不限于机械工程、航空航天工程、自动化、机器人学、生物力学以及理论物理等领域的学生、研究人员和工程师。通过学习本书,读者将能够: 深刻理解多刚体系统的运动学和动力学基本原理。 掌握建立多刚体系统动力学模型的常用方法,包括拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程。 学会处理复杂的约束条件,并将其纳入动力学模型。 熟悉多刚体系统的数值求解技术,并能选择合适的数值积分算法。 理解并计算多刚体系统中的约束力。 能够进行动力学仿真,并对仿真结果进行有效分析。 初步了解逆动力学问题的基本概念和求解思路。 本书力求内容详实、讲解清晰、理论联系实际,旨在为读者提供一个坚实的理论基础和实用的分析工具,以应对多刚体系统动力学领域的挑战。

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读后感

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用户评价

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说实话,我本来对这类理论性极强的教材持保留态度的,毕竟市面上很多力学书籍要么过于侧重数值模拟,要么就是将理论讲得过于晦涩难懂。但拿到这本以后,我的看法彻底改变了。它最打动我的地方在于其内在的逻辑连贯性和对物理直觉的培养。作者似乎非常懂得读者在面对高度抽象的数学模型时的困惑,因此,每当引入新的数学工具时,都会用非常形象的比喻去解释它在物理世界中的对应物。我特别喜欢其中关于虚拟功原理的阐述部分,它不仅仅是公式的罗列,而是深入剖析了能量守恒在复杂系统中的体现方式,这种对“为什么”的深入挖掘,比单纯学习“怎么做”更有启发性。虽然我个人更偏向于应用层面的研究,但我发现,只有打牢了地基,上层的建筑才能稳固。这本书为我提供了这样的地基,让我能够更自信地去面对那些来自不同学科交叉领域的难题,比如仿生机器人的运动控制,很多关键的力学约束都是从这本书里的基本原理延伸出来的。阅读过程就像是跟随一位经验丰富的老教授进行一对一的辅导,节奏把握得恰到好处,张弛有度。

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我是在一个项目攻关的关键时期接触到这本书的,当时我们团队的算法在处理某种非保守力场下的系统稳定性时遇到了瓶颈。我们尝试了各种经验方法,效果都不理想。后来,一位同事推荐了这本书,希望能在其中找到理论指导。结果非常令人惊喜。书中对于系统能量耗散的精细化处理,特别是引入了非线性的阻尼模型后,对运动轨迹的长期行为分析,为我们指明了方向。我记得其中关于“瞬时稳定性和渐进稳定性”的区分论述,直接帮助我们重新定义了算法的收敛判据。这本书的厉害之处在于,它不满足于描述“发生了什么”,而是深入探究“为什么会这样发生”,并将这种探究转化为可操作的数学模型。虽然阅读体验相对“硬核”,但其带来的理论突破是无可替代的。它就像一把精准的手术刀,帮助我们切开了困扰已久的难题表象,直达其背后的力学本质。对于需要进行前沿理论创新的工程研究者来说,这本书的参考价值简直是无价之宝。

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从一个资深工程师的角度来看,这本书的价值在于其对“系统性”的强调。很多力学教材倾向于将问题分割成独立的单元进行讲解,比如只讲碰撞,或者只讲振动。但这本书却始终贯穿着一个宏大的视角——将所有这些独立的物理现象视为一个统一的、由基本运动规律支配的复杂系统。这种系统化的思维模式,对我日后的系统建模和故障诊断工作产生了深远影响。它教会了我如何从全局去看待一个机械装置的动态特性,而不是被局部的细节所困扰。我尤其欣赏作者在描述复杂耦合关系时的那种冷静和精确,没有丝毫夸张或简化的倾向。它就像是一份详细的、未经修饰的系统蓝图,要求读者自己去理解每一个构件的功能和相互作用。这本书的实践意义在于,它提供了一套严密的逻辑框架,使得我们可以基于第一性原理去推导和验证任何复杂的动力学行为,极大地减少了对经验公式的依赖。这绝对是值得所有致力于提升理论素养的工程师和研究者珍藏的经典之作。

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这本书的学术深度毋庸置疑,它绝对不是一本可以“囫囵吞枣”的读物。我感觉自己仿佛在攀登一座陡峭的山峰,每读完一个章节,都需要停下来仔细消化吸收,生怕遗漏了哪个关键的推导步骤。对于那些已经掌握了基础经典力学知识的读者来说,这本书就像是一座通往更高级殿堂的桥梁。它很巧妙地融合了现代控制论的视角来审视传统力学问题,这使得传统的刚体运动学被赋予了全新的动态解释。我特别关注了它关于约束力和广义坐标选择的讨论,作者提供的矩阵表示法简洁且富有洞察力,这比我之前接触的任何一种描述方法都要优雅得多。当然,坦白说,这本书的阅读门槛确实较高,如果读者对线性代数和微分几何的知识储备不足,可能会在理解其数学框架时感到吃力。但这同时也证明了它的价值所在——它拒绝走捷径,坚持把问题的本质展示给愿意深入探索的读者。它更像是一部学术专著,而非大众科普读物,面向的是专业领域的研究人员和高年级研究生。

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这本书的封面设计得非常简洁大气,那种深沉的蓝色调一下就抓住了我的眼球,让人感觉内容一定很硬核。我当初抱着探索复杂物理世界的好奇心把它买了下来,希望能在理论深度上有所收获。一开始翻阅时,那种严谨的数学推导和清晰的逻辑结构确实让人眼前一亮,感觉作者在构建整个知识体系时下了大功夫,每一个公式的引入都显得顺理成章,毫无突兀感。特别是关于连续介质力学与离散建模之间的衔接处理,简直是教科书级别的示范。我花了很长时间去理解那些复杂的张量分析,但一旦掌握了核心概念,再去看那些工程应用实例时,豁然开朗的感觉非常棒。这本书的排版也做得很好,图示清晰,即便是需要高精度绘图的部分,也保持了极佳的视觉效果,让人在长时间的阅读中不容易感到疲劳。唯一美中不足的是,某些高阶概念的引入略显突然,如果能增加一些更贴近实际工程背景的铺垫性例子,可能对初学者会更友好一些。总的来说,这是一本值得放在案头反复研读的工具书,它的价值在于提供了一个扎实的理论基石,而非仅仅是应用技巧的罗列。我尤其欣赏作者在章节末尾设置的那些开放性思考题,它们真正激发了我去探索更多相关领域的兴趣。

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