Advances in Computational Multibody Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Ambrosio, Jorge A. C. (EDT)

出品人:

页数:370

译者:

出版时间:

价格:199

装帧:HRD

isbn号码:9781402033926

丛书系列:

图书标签:

• Multibody Dynamics
• Computational Mechanics
• Dynamics
• Vibration
• Finite Element Method
• Numerical Methods
• Engineering
• Applied Mathematics
• Mechanical Engineering
• Simulation

《先进多体系统计算方法》图书内容简介 本书深入探讨了多体系统动力学领域的前沿计算方法与技术，旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面且深入的参考。全书内容聚焦于如何利用先进的数值算法和计算工具来高效、准确地分析和模拟复杂多体系统的运动、接触、约束以及控制问题。 第一部分：多体系统基础理论与建模 本部分奠定了理解和应用高级计算方法的理论基础。首先，详细阐述了多体系统动力学的基本运动学和动力学方程的推导，涵盖了拉格朗日方程、牛顿-欧拉方程以及哈密顿力学在多体系统中的应用。重点讨论了广义坐标的选择、约束方程的处理，特别是微分代数方程（DAE）系统的建立。 随后，本书深入剖析了不同类型的约束建模技术，包括但不限于关节约束、滑动接触约束、以及柔性体与刚体耦合系统的约束建模。对约束的稳定性、数值积分方案的选择与影响进行了详尽的分析，为后续的数值实现打下坚实基础。 第二部分：高效数值积分与求解策略 这是本书的核心技术部分，专注于处理多体系统DAE的数值求解难题。 高精度与大尺度问题的积分方法： 详细介绍了超越标准龙格-库塔（Runge-Kutta）方法的先进隐式和半隐式积分器，如广义$alpha$法、广义中点法（Generalized Midpoint Method）以及索引缩减技术（Index Reduction Techniques）。特别关注了在处理高频振荡或接触冲击等非光滑问题时，如何选择和定制积分算法以确保稳定性和精度。 约束力与接触的求解： 针对非光滑接触动力学，系统地回顾并比较了基于罚函数法（Penalty Methods）、增广拉格朗日法（Augmented Lagrangian Methods, ALM）以及乘子法（Multiplier Methods）的接触求解器。着重讨论了如何使用互补性约束问题（Contact Complementarity Problems, CCPs）和变分不等式（Variational Inequalities, VIs）来精确描述和求解多体系统中的非穿透性条件和摩擦模型。 线性与非线性方程组的求解： 探讨了在时间步进过程中，如何高效求解大型稀疏线性系统（如牛顿迭代过程中的刚度矩阵方程）和非线性残差方程。内容包括预处理技术的选择（如代数多重网格法AMGs、稀疏矩阵分解）以及迭代求解器（如GMRES、CG在特定结构下的应用）。 第三部分：先进的建模与仿真技术 本部分将计算方法应用于更复杂和前沿的多体系统场景。 柔性多体动力学（FMD）： 深入研究了如何将有限元方法（FEM）与刚体动力学相结合。讨论了基于模态综合法（Modal Synthesis）、欧拉-伯努利梁单元、以及更先进的几何非线性梁和壳单元在多体仿真中的应用。重点在于如何处理柔性体与约束的耦合界面，以及保持柔性体模型在大幅运动下的精度。 离散元法（DEM）与耦合： 探讨了离散元法在模拟大量颗粒物与机械系统相互作用时的应用。详细分析了DEM的力模型、时间积分方案，以及如何有效地将DEM模拟结果与传统的拉格朗日多体动力学框架进行耦合，以实现对复杂机构中磨损、松动或散装物料处理的仿真。 控制与优化集成： 阐述了如何将实时动力学仿真与先进控制策略（如模型预测控制MPC、鲁棒控制）相结合。内容包括动力学模型的逆向求解、实时约束条件的满足、以及在仿真环境中进行系统参数识别和运动轨迹优化的数值方法。 第四部分：高性能计算与软件实现 本书的最后部分关注计算效率和实际工程应用。 并行化策略： 讨论了多体系统求解器如何适应现代高性能计算架构。内容包括时间并行性（Time Parallelism）和空间并行性（Domain Decomposition）在多体系统DAE求解中的应用，特别是利用GPU加速或大规模CPU集群进行大规模系统（如车辆、航空器或机器人集群）的快速仿真。 模型简化与降阶： 针对高维系统，介绍了基于柯里-汉普顿（Krylov Subspace）方法、本征正交分解（POD）以及受限内点法等技术，对高精度模型进行降阶，以满足实时仿真或控制器的需求，同时量化降阶误差。 全书结合了详尽的数学推导、算法流程图以及来自实际工程问题的算例分析，旨在使读者不仅掌握理论，更能熟练运用这些先进的计算工具解决实际工程中的复杂挑战。

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