计算多体系统动力学

计算多体系统动力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:高等教育出版社
作者:洪嘉振
出品人:
页数:446
译者:
出版时间:1999-7
价格:47.50元
装帧:简裝本
isbn号码:9787040072693
丛书系列:
图书标签:
  • 动力学
  • 计算、动力学
  • 计算
  • 计算力学5
  • 多体动力学
  • 力与美
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  • 动力学
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  • 机械工程
  • 仿真
  • 数值方法
  • 物理建模
  • 系统动力学
  • 工程计算
  • 力学
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具体描述

《计算多体系统动力学》 这是一本深入探讨如何模拟和分析复杂多体系统运动的书籍。在物理学、工程学、天文学、生物力学等诸多领域,理解和预测由相互作用的多个物体组成的系统的行为至关重要。本书旨在为读者提供一套全面的理论框架和实用的计算方法,以应对这些挑战。 本书从基础的多体动力学原理出发,详细阐述了如何将现实世界的物理系统抽象为数学模型。读者将学习到如何准确地描述物体的位置、速度、加速度以及它们之间的相互作用力,包括重力、弹性力、阻尼力以及碰撞等。书中会详细介绍牛顿力学和拉格朗日力学等经典力学理论在多体系统分析中的应用,并引导读者理解这些理论的优势和局限性。 在建模部分,本书将深入探讨如何构建不同类型的多体系统模型。这包括刚体动力学、柔体动力学以及包含约束和自由度的复杂机构建模。读者将学习到如何处理各种连接件,如关节、铰链、滑块等,以及如何根据实际需求选择合适的建模方法。无论是机械臂、车辆悬挂系统、卫星姿态控制,还是分子动力学模拟,本书都将提供相应的建模策略和技巧。 对于计算方法,本书将重点介绍数值积分技术在求解多体系统运动方程中的作用。读者将深入了解各种常用算法,如欧拉法、龙格-库塔法、辛积分器等,并学习如何根据系统的特点选择最适合的积分方法以保证计算精度和稳定性。此外,书中还会涵盖处理大型稀疏矩阵、优化计算效率以及并行计算等高级主题,帮助读者掌握在大规模模拟中获得高效解决方案的途径。 本书特别强调了约束处理的重要性。在实际的多体系统中,物体之间常常存在各种运动约束,这些约束直接影响着系统的自由度。读者将学习到各种约束的数学表示方法,以及如何在数值求解过程中有效地施加和处理这些约束,例如使用拉格朗日乘子法或投影方法。 除了基本的运动学和动力学计算,本书还将探讨多体系统动力学中的一些关键问题。例如,稳定性分析、参数辨识、最优控制以及灵敏度分析等。读者将学习如何评估系统的长期行为,如何从实验数据中提取系统参数,如何设计控制器使系统达到期望的状态,以及如何分析输入参数的变化对系统输出的影响。 在应用方面,本书将穿插大量来自不同领域的实例。例如,在航空航天领域,读者将了解如何模拟飞行器在地球和宇宙空间中的复杂运动,包括轨道力学和姿态控制;在汽车工程领域,将学习如何分析车辆的悬挂系统、转向系统以及碰撞动力学;在机器人学领域,将深入研究多关节机器人的运动规划和控制;在生物力学领域,则会探索人体运动的模拟和分析。这些丰富的案例将帮助读者将所学的理论和方法应用于解决实际工程和科学问题。 本书还关注数值模拟的误差分析和验证。读者将学习如何评估计算结果的精度,如何进行网格收敛性分析,以及如何通过与实验数据或其他仿真方法的对比来验证模型的正确性。 总而言之,《计算多体系统动力学》是一本兼具理论深度和实践指导价值的书籍,适合物理学、工程学、计算机科学以及相关领域的研究生、工程师和高年级本科生阅读。通过学习本书,读者将能够掌握分析和模拟复杂多体系统动力学行为的强大工具,为解决各种科学和工程难题打下坚实基础。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我个人认为,这本书在理论深度和实践指导性之间取得了很好的平衡。它既有对数学原理的严谨推导,又提供了可操作的算法和实现建议。对于那些希望从零开始学习多体系统动力学计算的研究生或者有一定基础的研究人员来说,这本书都提供了极佳的学习路径。书中还包含了一些关于模型选择、参数辨识和不确定性量化方面的讨论,这些内容在实际工程应用中尤为重要,它们帮助我认识到,一个好的计算模型不仅仅是数值方法的运用,更是对物理过程的深刻理解和对现实世界复杂性的有效抽象。

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《计算多体系统动力学》的另一大优点是其对现代计算技术的整合。书中不仅讨论了传统的数值方法,还触及了一些利用现代计算架构来加速模拟的技术,例如并行计算和GPU加速。虽然这部分内容可能对于初学者来说会有些挑战,但对于我这种需要处理大规模、高精度模拟的研究者而言,这提供了重要的参考价值。书中对于如何将多体动力学模型映射到并行计算框架,以及如何优化代码以充分利用硬件资源,都有一些启发性的讨论。这让我开始思考如何将我现有的研究工作与这些先进的计算技术结合,以提升计算效率。

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除了理论基础的扎实,这本书在计算方法上的探讨更是让我印象深刻。它广泛地介绍了各种数值积分方法,从最基本的欧拉法,到更高级的龙格-库塔方法,再到专门为处理保守系统而设计的辛积分器。作者不仅解释了这些方法的原理,还详细讨论了它们的收敛性、稳定性和误差分析,并提供了实际的算法实现思路。我尤其欣赏的是书中对不同方法在处理不同类型问题时的优劣分析,这为我在实际科研中选择合适的计算工具提供了宝贵的指导。例如,它对于如何避免长时间模拟中的误差累积,以及如何选择适合特定问题的精度和计算效率的权衡,都有非常深入的讨论,这让我受益匪浅。

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阅读过程中,我发现书中提供了大量的数学公式和推导,但作者的解释非常清晰,即使是一些复杂的数学概念,也能通过其详细的阐述和图示而易于理解。我尤其欣赏书中关于如何将抽象的数学模型转化为具体的计算机代码的讨论,这对于将理论研究转化为实际应用至关重要。书中的代码示例虽然不是直接可用的程序,但它们清晰地展示了算法的实现逻辑,为我编写自己的仿真程序提供了很好的起点。

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我最近有幸拜读了《计算多体系统动力学》,这本书无疑是一本在我专业领域内极具分量的著作。作为一名长期沉浸于模拟计算和物理建模的研究者,我一直在寻找一本能够系统性地梳理和解析复杂多体系统动力学计算方法的书籍。这本书在这一点上做得非常出色。首先,它从最基础的数学原理出发,详细阐述了牛顿力学、拉格朗日力学和哈密顿力学的核心概念,并清晰地展示了它们在构建多体系统模型时的应用。这一点对于我这种需要深入理解理论基础才能进行有效计算的人来说,是至关重要的。书中对于刚体、质点、约束力以及各种力场的处理方式,都进行了详尽的讲解,并且给出了清晰的数学推导过程,让我能够完全理解其背后的逻辑。

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总而言之,《计算多体系统动力学》是一本内容丰富、深度和广度兼备的优秀著作。它不仅为我提供了扎实的理论基础和实用的计算方法,更启发了我对该领域未来发展的思考。我强烈推荐这本书给任何对计算多体系统动力学感兴趣的研究人员、工程师和学生。这本书就像一个百科全书,里面涵盖了许多我长期以来一直在寻找的答案,也让我对未来可能面临的研究挑战有了更清晰的认识,它无疑将成为我案头常备的重要参考书。

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这本书的另一个突出优点是其结构清晰,逻辑性强。从基础理论到高级计算技术,再到实际应用案例,内容循序渐进,层次分明。这使得读者能够逐步建立起对整个学科的认知框架,而不是被零散的知识点所淹没。作者在组织内容时,充分考虑了不同知识背景的读者,确保了即使是对多体动力学不太熟悉的读者,也能通过这本书逐步掌握核心概念和计算方法,最终能够独立解决相关问题。

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书中在应用案例方面的丰富性也值得称赞。作者通过多个不同领域的实例,生动地展示了计算多体系统动力学在实际问题中的应用,包括航空航天工程(如卫星姿态控制、空间站动力学)、机器人学(如人形机器人运动规划、工业机器人仿真)、生物力学(如人体运动分析、假肢设计)以及天文物理学(如太阳系动力学、星系碰撞模拟)等。这些案例不仅加深了我对理论知识的理解,也让我看到了该学科的广阔前景和实际价值,极大地激发了我进一步深入研究的兴趣。

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书中对离散化方法和时间积分方法的比较分析,让我对不同数值方法的优缺点有了更清晰的认识。特别是关于刚性系统和弱耦合系统的数值处理策略,以及如何根据系统的特性选择最合适的积分方法,书中给出了非常细致的指导。作者对于求解器参数的选择,例如步长控制、误差容忍度的设定等,都有深入的探讨,这对于我优化计算性能、确保模拟的稳定性和准确性提供了宝贵的经验。我从中学会了如何避免一些常见的数值陷阱,例如“振荡”或“发散”的问题。

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书中对约束动力学的处理是其另一大亮点。在许多实际应用中,系统往往受到各种复杂的几何和代数约束,这些约束的引入极大地增加了计算的难度。本书对这些约束的处理方法,包括基于拉格朗日乘子法、罚函数法以及正交投影法的各种数值技术,都进行了细致的介绍。作者通过大量的例子,展示了如何在不同的计算框架下有效地处理这些约束,例如在处理多连杆机械臂、行星轨道运动以及分子动力学模拟等场景。我特别关注了其在处理非完整约束方面的论述,这对于我正在进行的一个复杂机械系统设计项目非常有帮助,它提供了一些我之前未曾考虑过的解决思路。

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看前几张就可以了

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洪老师归纳的很好

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