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机械动力学基础：工程实践中的运动与力学分析 作者： 钱学森（虚拟） 出版社： 蓝海科技出版社 ISBN： 978-7-5680-XXX-X 定价： 168.00 元 --- 内容概要 《机械动力学基础：工程实践中的运动与力学分析》是一本深度聚焦于经典力学、特别是动力学原理在现代工程设计与分析中应用的权威教材与参考手册。全书旨在为机械工程、航空航天、土木工程及相关交叉学科的高年级本科生、研究生以及一线工程师提供一套严谨、系统且贴近实际工程需求的理论框架和分析工具。 本书摒弃了纯粹的理论推导和抽象的数学证明，转而强调动力学概念如何转化为可操作的工程解决方案。它系统地涵盖了从基础的运动学描述到复杂的振动分析、从刚体动力学到连续介质的受力分析等核心内容。通过大量的工程案例和精选习题，读者将能够掌握如何利用动力学原理来预测系统行为、优化结构设计、并解决复杂的运动控制问题。 核心章节与详细内容 第一部分：运动学基础与刚体运动描述 本部分奠定了整个动力学分析的几何和运动学基础。它不仅复习了牛顿力学中的基本概念，更着重于现代工程中常用的坐标系转换和向量化描述方法。 第1章：空间几何与运动描述： 深入探讨了欧拉角、四元数（Quaternions）在描述三维空间刚体姿态上的优势与应用，特别是四元数在避免万向节死锁（Gimbal Lock）方面的关键作用，这对机器人学和飞行器姿态控制至关重要。 第2章：刚体运动学分析： 详细解析了瞬时速度、加速度的表达，引入了瞬时旋转中心（ICR）的概念，并将其应用于复杂机械机构（如曲柄滑块机构、万向节）的运动轨迹分析。强调了速度和加速度在不同参考系间的转换公式的严格推导和应用边界。 第二部分：动力学原理与方程建立 本部分是全书的核心，详细阐述了将力、质量、能量与运动联系起来的基本定律，并将其推广到更复杂的系统。 第3章：牛顿-欧拉定律的工程化应用： 重点讨论了如何根据实际工程对象（如起重机臂、高速旋转轴）的受力情况，正确建立牛顿第二定律的矢量方程。包括对非惯性参考系中惯性力的处理，如科里奥利力（Coriolis Force）和离心力（Centrifugal Force）在导轨系统和转台上如何影响控制策略。 第4章：达朗贝尔原理与虚功原理： 详细阐述了这些“虚力”原理在简化动力学分析中的强大威力。通过大量平面连杆机构和空间机构的实例，展示如何利用虚功原理快速求解约束力，从而避开复杂的力矩平衡计算，特别适用于复杂多回路系统的分析。 第5章：拉格朗日力学： 从能量的角度重构动力学，介绍了动能和势能的建立，以及拉格朗日方程（Lagrange’s Equations）的推导。本书着重于利用广义坐标（如关节角度、伸长量）来描述系统，这对于后续的控制系统设计，如模型参考自适应控制（MRAC），提供了简洁的状态空间描述。 第三部分：系统动力学与振动分析 本部分是连接理论与实际系统可靠性设计和状态监测的关键桥梁。 第6章：单自由度和多自由度系统的自由振动： 深入分析了质量-弹簧-阻尼系统。对于多自由度系统，详细介绍了特征值问题（求解固有频率和振型），并强调了主坐标（Principal Coordinates）的概念，这在降阶模型（Order Reduction）中具有实际意义。 第7章：受迫振动与稳态响应： 探讨了外部激励（如周期载荷、地震波）对结构的影响。重点分析了共振现象的机理、危害，以及如何利用阻尼器（如粘滞阻尼器、金属阻尼器）进行吸能设计，实现对结构响应的有效控制。 第8章：非线性振动基础： 介绍了实际工程中常见的非线性因素，如间隙（Backlash）、干摩擦（Coulomb Friction）和几何非线性。使用相平面分析法（Phase Plane Analysis）和基本的小范围周期解（如庞加莱-林德斯泰德法）来定性判断系统的稳定性，为设计高可靠性系统提供理论基础。 第四部分：高级主题与工程应用 第9章：陀螺动力学基础： 针对航空航天、船舶稳定性和高精度设备（如陀螺仪）的应用。详细讲解了陀螺效应（Gyroscopic Effect）的数学模型，如进动（Precession）和章动（Nutation），以及它们对稳定平台设计的影响。 第10章：接触动力学与冲击分析： 讨论了物体在碰撞过程中的瞬时能量和动量交换。引入了恢复系数（Coefficient of Restitution）和冲量（Impulse）的概念，并应用于有限元分析软件中进行碰撞安全性和冲击吸收设计。 本书的特色 1. 强调“计算性动力学”： 书中大量穿插了使用MATLAB/Simulink或Python进行模型化和仿真验证的示例，确保读者能将理论直接转化为可运行的仿真代码。 2. 工程案例驱动： 每个理论章节后都附带有详细的工程案例分析，例如：高速列车转向架的动力学建模、多旋翼无人机的姿态稳定分析、以及机械臂在复杂任务中的力反馈控制建模。 3. 严谨与实用并重： 在保证物理学严谨性的同时，重点放在如何构建简化模型（Idealization）以解决实际问题，指导读者识别模型中的关键参数和可忽略的次要因素。 适用对象 本书非常适合以下人群： 机械工程、车辆工程、机器人工程等专业的高年级本科生及研究生。 从事产品设计、结构分析、系统集成、故障诊断的工程师。 希望深入理解运动控制、机构学、结构动力学等领域专业人士的自学者。 --- 本书不包含以下主题或内容： 1. 电子电路设计与原理： 本书不涉及任何关于电阻、电容、电感、半导体器件、电源拓扑结构或电力电子学的内容。 2. 电机驱动与控制： 不讨论直流无刷电机（BLDC）、永磁同步电机（PMSM）的内部结构、绕组设计、逆变器原理或具体的PWM调制技术。 3. 电池技术与管理系统（BMS）： 不包含锂离子电池的化学原理、充放电循环寿命、热管理系统设计或电池健康状态（SOH）的估算方法。 4. 电力电子器件的选型与维修： 不涉及功率MOSFET、IGBT等开关器件的选型标准、热设计、驱动电路或具体的故障诊断与维修流程。 5. 电磁兼容性（EMC/EMI）： 不包含电磁干扰的产生、传导、辐射机理，以及屏蔽和滤波的具体技术措施。 6. 信号处理与传感技术： 不涉及加速度计、陀螺仪、霍尔传感器等电子元件的内部工作原理，也不讨论滤波算法（如卡尔曼滤波）在信号去噪中的应用。 7. 通信协议与嵌入式系统编程： 不包含CAN、SPI、I2C等总线协议的细节，或使用C/C++、汇编语言进行微控制器编程的内容。
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