Engineering Applications of Dynamics

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出版者:
作者:Karnopp, Dean C./ Margolis, Donald L.
出品人:
页数:432
译者:
出版时间:2007-12
价格:976.00元
装帧:
isbn号码:9780470112663
丛书系列:
图书标签:
  • Dynamics
  • Engineering
  • Mechanics
  • Vibration
  • Control Systems
  • Robotics
  • Machine Design
  • Applied Physics
  • Mathematical Modeling
  • Structural Analysis
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A GROUNDBREAKING TEXT THAT BRIDGES TEH GAP BETWEEN THEORTERICAL DYANICS AND INDUSTRY APPLICATIONS.

Designed to address the perceived failure of introductory dynamics courses to produce students capable of applying dynamic principles successfully, both in subsequent courses and in practice, Engineering Applications of Dynamics adopts a much–needed practical approach designed to make the subject not only more relevant, but more interesting as well.

Written by a highly respected team of authors, the book is the first of its kind to tie dynamics theory directly to real–world situations. By touching on complex concepts only to the extent of illustrating their value in real–world applications, the authors provide students with a deeper understanding of dynamics in the engineering of mechanical systems.

Topics of interest include:

∗ The formulation of equations in forms suitable for computer simulation

∗ Simulation examples of real engineering systems

∗ Applications to vehicle dynamics

∗ Lagrange′s equations as an alternative formulation procedure

∗ Vibrations of lumped and distributed systems

∗ Three–dimensional motion of rigid bodies, with emphasis on gyroscopic effects

∗ Transfer functions for linearized dynamic systems

∗ Active control of dynamic systems

A Solutions Manual with detailed solutions for al problems in this book is available at the Web site, www.wiley.com/college/karnopp.

《工程学中的运动学与动力学应用》 本书旨在深入探讨工程领域中运动学与动力学原理的实际应用,为读者提供一个全面而深入的理解框架。本书并非仅仅罗列公式或定理,而是着重于如何将这些基础理论转化为解决工程实际问题的强大工具。我们将从基础概念出发,循序渐进地引导读者理解物体运动的几何描述(运动学)以及引起运动的原因(动力学)。 核心内容概览: 运动学基础: 本书将从描述物体运动的基本要素——位置、速度和加速度——入手,细致讲解它们之间的关系,以及在不同坐标系下的表示方法。我们将探索直线运动、曲线运动的分析技术,包括刚体的平动、转动和一般平面运动。重点会放在如何通过数学模型精确刻画运动轨迹,并预测其随时间的变化。这部分内容将为后续的动力学分析奠定坚实的数学和概念基础。 动力学原理: 在掌握了运动学的描述能力后,我们将深入动力学领域,核心在于牛顿运动定律。我们将详细阐述力、质量和加速度之间的关系,并学习如何利用动量守恒、能量守恒等原理来分析系统的运动状态。本书会特别关注惯性力、离心力、科里奥利力等在非惯性参考系下的分析方法,这对于理解旋转机械和高速运动系统至关重要。 刚体动力学: 工程应用中,物体往往表现为刚体,其运动不仅涉及质心的移动,还包含绕质心或固定轴的转动。本书将花费大量篇幅讲解刚体的转动惯量、角速度、角加速度等概念,并深入分析力矩对刚体转动的影响。我们将学习如何利用欧拉方程等来描述复杂的三维刚体运动,这是航空航天、机器人学以及机械设计等领域不可或缺的知识。 振动与波动分析: 许多工程系统都不可避免地会产生振动,从桥梁的晃动到发动机的噪声,振动无处不在。本书将系统介绍单自由度、多自由度振动系统的分析方法,包括自由振动、受迫振动、阻尼振动等。我们将学习如何识别系统的固有频率和模态,并探讨如何通过设计来抑制或控制有害的振动。同时,本书也将触及一些基本的波动现象在工程中的应用,例如声波和弹性波的传播。 拉格朗日和哈密顿力学: 为了处理更复杂、更抽象的动力学问题,本书还将引入拉格朗日和哈密顿力学的框架。这些方法以能量为核心,提供了一种更为优雅和通用的分析手段,尤其适用于具有约束条件的系统以及从微观层面理解动力学行为。虽然概念上更为抽象,但其在高级工程模拟和理论研究中的作用不容忽视。 工程应用实例: 贯穿全书,我们将通过丰富的工程实例来 ilustrar 运动学与动力学的应用。这些实例将覆盖: 机械工程: 机械臂的运动规划与控制、齿轮传动系统的动力学分析、车辆动力学(悬挂系统、制动性能)、往复式发动机的运动学设计。 航空航天工程: 飞行器的轨道动力学、姿态控制、火箭发射过程的动力学建模、卫星运动的轨道力学。 土木工程: 桥梁、建筑在风力、地震作用下的动力响应分析、结构的振动控制。 机器人学: 机器人的运动学逆解与正解、关节力矩的计算、动态建模与控制。 生物工程: 运动生物力学(人体运动的分析)、生物机构的动力学模拟。 学习方法与特点: 本书强调理论与实践相结合。每章都会配备精心设计的例题,帮助读者理解概念并掌握解题技巧。此外,书中还会穿插一些小型项目或思考题,鼓励读者将所学知识应用于更实际的场景。本书的目标是培养读者独立分析和解决复杂工程动力学问题的能力,使他们能够自信地应对未来的工程挑战。 通过学习本书,读者将能够: 精确描述和分析物体的运动状态。 理解并应用各种力学定律来分析系统的运动。 建立和求解描述工程系统动态行为的数学模型。 预测系统在不同载荷和工况下的响应。 为工程设计提供坚实的理论依据,优化系统性能,提高安全性。 《工程学中的运动学与动力学应用》将是所有工程专业学生、研究人员以及希望深化自身力学功底的工程师们的宝贵参考。

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读后感

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用户评价

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这本书的叙事风格和知识组织结构简直是教科书级别的典范。我尤其欣赏作者在介绍新概念时的“渐进式”教学策略。比如,在深入探讨变结构控制(Variable Structure Control)时,他没有直接跳到滑模控制(SMC)的核心方程,而是先用一个简单的二阶系统,通过类比和直觉引导,展示出传统PID控制在面对大幅度扰动时的性能瓶颈,继而引出开关项的必要性。这种由浅入深、层层递进的讲解方式,极大地降低了高阶控制理论的学习门槛。对于那些数学基础稍弱,但对机械系统动态行为有强烈兴趣的读者而言,这本书无疑是一座坚实的桥梁。此外,书中对物理直觉的强调也值得称赞。在处理复杂耦合振动问题时,作者总是会提醒我们回溯到能量守恒和自由度耦合的物理本质上去理解公式的意义,而不是仅仅记住公式本身。这种“以物理理解驱动数学表达”的理念,让整个学习过程充满了乐趣和顿悟感。我可以毫不夸张地说,这是我近年来读到的,在知识传授的艺术上处理得最为精妙的专业书籍之一。

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这本书简直是力学爱好者的福音,我对其中关于复杂系统建模和非线性动力学的那几章印象尤为深刻。作者在处理高维系统稳定性分析时,展现出了深厚的数学功底和清晰的逻辑推导。特别是对于李雅普诺夫(Lyapunov)函数的构建和应用,不是简单地罗列公式,而是结合具体的工程案例,比如陀螺仪的姿态控制,逐步引导读者理解如何从理论走向实践。书中对于振动控制的章节也令人耳目一新,它没有停留在传统的傅里叶分析层面,而是深入探讨了自适应控制和智能算法在抑制随机激励下的结构响应方面的潜力。我特别喜欢作者在阐述“模态叠加法局限性”时的那种批判性思维,他没有将任何一种方法神化,而是非常坦诚地指出了不同分析工具的适用边界,这对于我们这些需要进行实际项目选型的人来说,是极其宝贵的经验总结。阅读过程中,我感觉自己不仅仅是在学习知识点,更是在与一位经验丰富的资深工程师进行一场高质量的思维碰撞,他总能在我即将感到困惑的关键节点,给出恰到好处的启发和深入的洞察。全书的排版设计也相当考究,公式的渲染清晰易读,图表的注释精准到位,极大地提升了长时间阅读的舒适度和效率,真正做到了学术严谨性与工程实用性的完美平衡。

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这本书在处理系统辨识与模型修正这一现代工程难题时,展现出了非凡的洞察力。我特别关注了其中关于模态参数辨识的章节,作者详细对比了频响函数法(FRF-based methods)和时域方法(如复指数法)的优缺点,但重点放在了基于状态空间模型的系统辨识技术上,特别是卡尔曼滤波在去除测量噪声和在线修正模型参数中的应用。他并没有将这些复杂算法视为黑箱,而是详细地展示了如何根据实际测得的加速度计数据,反推出结构的质量、刚度和阻尼矩阵,这种“从数据到物理模型”的逆向工程思路,对于结构健康监测(SHM)领域的从业者来说,是极具价值的指导。此外,书中关于多激励/多响应数据融合处理的章节,也极大地提升了系统辨识的鲁棒性。作者通过实际案例说明,当传感器部署不理想或存在信号干扰时,如何通过优化权重矩阵来最大化有效信息的提取。总而言之,这本书的价值在于它不仅传授了解决已知问题的传统方法,更重要的是,它教会了我们如何构建和修正那些在实际环境中不断变化的复杂动力学模型。

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读完这本厚重的著作,我最大的感受是它如何成功地架设起了“理论与实际工程应用”之间的鸿沟。市面上很多动力学书籍要么过于偏重纯数学的推导,读起来枯燥乏味,要么就是浮于表面,提供的案例只是简单的线性问题演示。然而,这本书的厉害之处在于,它敢于直面那些真实的、充满不确定性的工程难题。举例来说,在处理冲击和碰撞动力学那一部分,作者引入了有限元分析(FEA)的后处理数据作为初始条件,这在教科书中是极其罕见的。他详细阐述了如何将离散化的数值结果平滑化并用于后续的参数辨识,这对于航空航天和汽车安全领域的工程师来说,是直接可以套用的“干货”。更别提那几章关于随机振动和疲劳寿命预测的内容,作者没有使用过于简化的白噪声模型,而是引入了实际环境中采集到的具有特定谱密度特性的环境载荷,并通过蒙特卡洛模拟来评估系统的可靠性裕度,这种贴近现实的建模方法,极大地提升了结果的可信度。可以说,这本书更像是一本高级工程师的工具手册,它教给读者的不仅仅是“如何计算”,更是“在真实世界中应该如何思考动力学问题”。

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对于那些寻求深入理解材料阻尼和粘弹性行为的读者来说,这本书提供了远超预期的深度和广度。我原以为关于高频动态响应的内容会比较简略,但出乎意料的是,作者花费了大量篇幅来解析洛德(Loudon)模型和广泛阻尼理论(Generalized Damping Theory)在复合材料结构中的应用。他对时间-频率域转换的数学细节处理得非常到位,特别是讲解了如何利用内耗因子(Loss Factor)的频率依赖性来精确预测宽带激励下的能量耗散情况,这对于声学工程和高精度仪器设备的设计至关重要。更让我眼前一亮的是,书中竟然穿插了关于微机电系统(MEMS)中热-机械耦合振动分析的案例。虽然这部分内容可能不是传统意义上的“大型结构动力学”,但它展现了作者对动力学学科前沿拓展的敏锐嗅觉,以及将基本原理应用于微观尺度问题的能力。这些案例的引入,极大地拓宽了本书的应用边界,让读者意识到动力学原理的普适性和强大生命力,它绝非仅仅局限于桥梁或飞机的分析。

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