Advanced Theory of Mechanisms and Machines (Foundations of Engineering Mechanics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:M.Z. Kolovsky

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:2000-01-15

价格:USD 179.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540671688

丛书系列:

图书标签:

• 机构学
• 机械原理
• 机械设计
• 动力学
• 运动学
• 工程力学
• 机械工程
• 高等理论
• 机械系统
• 机器人学

现代工程力学前沿进展与应用 本书旨在深入探讨工程力学领域中一系列关键的、与“机构与机器理论高级理论基础”这一经典主题既相关又有所区别的前沿课题与新兴应用。 重点关注在当前工程实践对更高精度、更复杂系统控制以及更高效能设计提出的迫切需求下，传统力学框架如何被扩展、深化和革新。本书将聚焦于跨学科交汇点上的热点研究，为高级研究人员、工程师和研究生提供一个全面而深入的参考视角。 第一部分：高级动力学建模与多体系统仿真 本部分着眼于复杂机械系统的精细化动力学描述。传统机构学侧重于运动的几何和纯粹运动学分析，而本书则深入到非线性动力学、柔性体动力学以及先进的控制理论在机械系统中的集成。 第1章：高维非线性动力学系统分析 本章探讨如何利用现代数学工具，如李雅普诺夫稳定性理论、庞加莱截面分析和混沌动力学方法，来理解和预测复杂多自由度系统的长期行为。我们将研究高阶非线性项对系统响应的影响，尤其是在高频振动或极端载荷工况下，系统的突变和亚稳态现象。重点内容包括基于分岔理论的故障模式预测以及如何利用结构化能量方法进行非线性系统解耦。 第2章：柔性多体动力学（FMD）的高级建模 与纯粹刚体假设不同，本章将详细阐述柔性构件（如复合材料梁、薄壳结构）在高速或精密运动中产生的显著变形及其对系统整体动力学的影响。我们将对比和评估模态综合法、浮动坐标系法（Floating Frame of Reference Formulation, FFRF）和绝对节点坐标法（Absolute Nodal Coordinate Formulation, ANCF）的优劣及其在不同工程场景下的适用性。对材料阻尼、几何非线性和接触非线性进行精确建模是本章的核心。 第3章：集成与优化：基于模型的系统设计（MBSD） 本章将先进的仿真技术与设计流程相结合。我们不再孤立地分析机构，而是将其视为一个包含传感器、执行器和控制器的完整闭环系统。内容涵盖实时动力学求解器的开发、硬件在环（HIL）和软件在环（SIL）仿真技术在机械系统验证中的应用。此外，还将介绍如何利用灵敏度分析和逆动力学方法指导结构优化，以最小化振动或最大化能效。 第二部分：先进机构设计与功能化 本部分超越了标准连杆机构的范畴，探讨如何设计出具备特定先进功能（如自适应、高精度定位或特殊运动轨迹）的新型机构。 第4章：可重构与自适应机构设计 本章关注具有可变拓扑结构或参数的机构。重点研究基于形状记忆合金（SMA）、电活性聚合物（EAP）或流体驱动元件的可重构机构的设计原理。详细讨论如何利用有限状态机或模糊逻辑控制实现机构的在线几何重构，以适应环境变化或执行多任务功能。对准静力学分析（Quasi-Static Analysis）在可重构系统初始构型选择中的应用将进行深入探讨。 第5章：微纳尺度机构与执行器原理 在微电子机械系统（MEMS）和纳米技术领域，传统宏观力学定律的应用受到了尺度效应的挑战。本章将侧重于范德华力、静电力和表面张力在微观运动控制中的主导作用。详细介绍LIGA工艺、光刻技术在制造微型机构中的应用，并探讨如钻孔/锯齿状机构等特殊构型在流体操控或分子操作中的力学特性。对布朗运动和热噪声对微纳定位精度的影响进行定量分析。 第6章：复杂空间机构的运动学与学构论 针对航空航天、深海探测等领域对高自由度机构的需求，本章深入研究超静定（Redundant Actuation）和欠驱动（Underactuated）空间机构的运动学约束与可操作性分析。使用广义坐标系和约束力分析来确定系统的运动范围和奇异点。尤其关注运动学映射的拓扑性质，以及如何利用几何不变性来简化复杂多回路机构的分析。 第三部分：计算力学与新型分析方法 本部分聚焦于支撑上述高级建模与设计的计算工具的创新，特别是那些与传统有限元方法（FEM）互补或替代的新兴技术。 第7章：无网格方法（Mesh-free Methods）在冲击与接触问题中的应用 传统的基于网格的计算方法在处理大变形、材料失效、复杂接触界面（如碎裂、磨损）时面临网格畸变问题。本章将详细介绍光滑粒子流体动力学（SPH）、径向基函数法（RBF）以及无网格拉格朗日有限元法（MLFEM）等无网格技术。重点展示这些方法如何实现对高速冲击、爆炸载荷下材料破坏过程的无限制追踪和精确模拟。 第8章：拓扑优化与先进材料的力学响应 本章将计算力学与材料科学相结合。我们不再仅仅优化结构形状，而是优化材料的微观结构或宏观布局以实现目标力学性能。详细讨论密度法、水平集法在实现同时优化形状和材料分布（如多孔结构或晶体结构）中的应用。对超材料（Metamaterials）的有效介质理论和负泊松比材料的力学行为进行建模和分析。 第9章：数据驱动的力学模型修正与数字孪生 面对真实世界中模型不确定性（如制造误差、环境漂移），本章探讨如何利用传感器数据实时修正和校准动力学模型。引入卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波（EKF）和粒子滤波等估计技术来跟踪系统的状态和未知参数。最终目标是构建高保真度的数字孪生系统，实现对复杂机械系统的预测性维护和闭环优化控制，从而彻底改变传统机构的生命周期管理模式。 本书特色： 本书的视角侧重于工程实践中的“下一步”，即超越标准教科书所涵盖的刚体运动学和基本动力学分析，聚焦于非线性、多物理场耦合、以及计算方法的根本性转变，为读者提供应对未来复杂工程挑战所需的先进工具和理论深度。

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