机械系统动力学

出版者:清华大学出版社

作者:杨义勇

页数:326

出版时间:2009-6

价格:40.00元

isbn号码:9787302187738

具体描述

《机械系统动力学》内容是集20多年的课程教学经验，在唐锡宽和金德闻1984年编写的《机械动力学》一书的基础上进行体系变更、内容更新、扩充和改写后编著而成的。全书共9章： 第1章绪论，介绍了机械系统中常见的动力学问题、机械动力学问题的类型和解决问题的一般过程，是学习后面内容的基础； 第2、3章讲述刚性机械系统的动力学分析与设计，包括机构惯性力平衡的原理与方法； 第4章和第5章是含弹性构件的机械系统的动力学，后者内容为含柔性转子机械的平衡原理与方法； 第6章是含间隙副机械的动力学； 第7章是含变质量机械系统动力学； 第8、9章介绍机械动力学数值仿真数学基础与相关软件，并给出了仿真实例。书后附有103道练习题。《机械系统动力学》可作为高等院校机械工程专业本科和研究生教材，也可作为从事机械工程研究和设计的技术人员的参考书籍。

目录信息

第1章 绪论
1.1 机械系统中常见的动力学问题
1.2 解决机械动力学问题的一般过程
1.3 机械系统的动力学模型
1.3.1 刚性构件
1.3.2 弹性元件
1.3.3 阻尼
1.3.4 流体润滑动压轴承
1.3.5 机械系统的力学模型
1.4 建立机械系统的动力学方程的原理与方法
1.4.1 牛顿第二定律
1.4.2 达朗贝尔原理
1.4.3 拉格朗日方程
1.4.4 凯恩方程
1.4.5 影响系数法
1.4.6 传递矩阵法
1.5 动力学方程的求解方法
1.5.1 欧拉法
1.5.2 龙格?库塔法
1.5.3 微分方程组与高阶微分方程的解法
1.5.4 矩阵形式的动力学方程
1.6 机械动力学实验与仿真研究
第2章 刚性机械系统动力学
2.1 概述
2.2 单自由度机械系统的动力学模型
2.2.1 系统的动能
2.2.2 广义力矩的计算
2.2.3 动力学方程
2.3 不同情况下单自由度系统的动力学方程及其求解方法
2.3.1 等效转动惯量和广义力矩均为常数
2.3.2 等效转动惯量为常数，广义力矩是机构位置的函数
2.3.3 等效转动惯量为常数，广义力矩为速度的函数
2.3.4 等效转动惯量是位移的函数，等效力矩是位移和速度的函数
2.3.5 等效转动惯量是位移的函数
2.4 基于拉格朗日方程的多自由度机械系统建模方法
2.4.1 系统的描述方法
2.4.2 两自由度五杆机构动力学方程
2.4.3 差动轮系的动力学方程
2.4.4 开链机构的动力学方程
2.5 具有力约束的两自由度系统的动力学方程
2.6 凯恩方法及其应用
第3章 刚性平面机构惯性力的平衡
3.1 机械系统中构件的质量替代
3.1.1 两点静替代
3.1.2 两点动替代
3.1.3 广义质量静替代
3.2 机构平衡的基本条件与平衡方法
3.2.1 机构总质心的位置
3.2.2 机构的惯性力和惯性力矩在坐标轴上的分量
3.2.3 平面机构惯性力和惯性力矩的平衡条件
3.2.4 平面机构的惯性力的平衡方法
3.3 机构惯性力平衡的质量替代法
3.3.1 含转动副的机构惯性力平衡
3.3.2 含移动副的广义质量替代法
3.4 机构惯性力平衡的线性独立向量法
3.4.1 平衡条件的建立与平衡量的确定
3.4.2 用加重方法完全平衡惯性力需满足的条件
3.4.3 使惯性力完全平衡应加的最少平衡量数
3.5 机构惯性力的部分平衡法
3.5.1 用回转质量部分平衡机构的惯性力与最佳平衡量
3.5.2 用平衡机构部分平衡惯性力
3.6 在机构运动平面内的惯性力矩的平衡
3.6.1 机构惯性力矩的表达式
3.6.2 任意四杆机构的惯性力矩
3.6.3 惯性力平衡的四杆机构的惯性力矩
3.6.4 惯性力矩平衡条件
3.6.5 用平衡机构平衡惯性力矩
第4章 含弹性构件的机械系统动力学分析与设计
4.1 概述
4.2 考虑轴扭转变形时传动系统动力学分析
4.2.1 串联传动系统的等效力学模型
4.2.2 串联齿轮传动系统的动力学方程
4.2.3 用振型分析法研究无外力作用时系统的自由振动
4.2.4 有外力作用时的振动分析
4.2.5 传递矩阵法在传动系统扭转弹性动力学分析中的应用
4.3 含弹性构件的平面连杆机构的有限元分析法
4.3.1 单元坐标和系统坐标
4.3.2 系统力和单元力
4.3.3 单元位移函数
4.3.4 单元动力学方程
4.4 含弹性从动件的凸轮机构
4.5 含多种弹性构件机构的机械系统
4.6 考虑构件弹性的机构设计
4.6.1 特定运动规律下的凸轮机构设计
4.6.2 高速凸轮运动规律设计
4.6.3 高速平面连杆机构设计
第5章 挠性转子的系统振动与平衡
5.1 转子在不平衡力作用下的振动
5.1.1 刚性转子在弹性支承上的振动
5.1.2 挠性转子在刚性支承上的振动
5.1.3 挠性转子在弹性支承上的振动
5.2 单圆盘挠性转子的振动
5.2.1 转子的自由振动
5.2.2 转子有不平衡时的不平衡响应
5.2.3 圆盘运动的动坐标表示法
5.3 多圆盘挠性转子的振动
5.3.1 多圆盘转子的动力学方程
5.3.2 多圆盘转子的临界速度和振型
5.3.3 多圆盘转子的不平衡响应
5.4 具有连续质量的挠性转子振动
5.4.1 自由振动的自然频率和振型函数
5.4.2 不平衡响应分析
5.5 复杂转子系统动力学分析
5.5.1 复杂转子系统的力学模型
5.5.2 传递矩阵
5.5.3 状态向量间的传递关系
5.5.4 自然频率和振型的求解
5.5.5 系统的强迫振动
5.5.6 不平衡响应计算
5.5.7 系统阻尼影响
5.6 挠性转子平衡原理
5.7 挠性转子平衡方法
5.7.1 振型平衡法
5.7.2 影响系数法
5.7.3 平衡量的优化
第6章 含间隙运动副的机械系统动力学
6.1 采用连续接触间隙副模型的机械运动精度分析——小位移法
6.1.1 转动副和移动副中的间隙
6.1.2 用小位移法确定机构位置的误差
6.2 采用连续接触间隙副模型的机械动力学分析
6.2.1 机构运动分析
6.2.2 动力学方程
6.2.3 方程的求解
6.2.4 铰销力及输出角误差
6.3 采用两状态间隙移动副模型的机械动力学分析
6.3.1 两状态间隙移动副的力学模型
6.3.2 动力学方程
6.3.3 方程的求解
6.4 采用两状态间隙转动副模型的机械动力学分析
6.4.1 间隙转动副模型的建立
6.4.2 动力学方程
6.4.3 方程的求解
6.4.4 计算步骤
6.5 间隙对机械动力学性能的影响
6.5.1 两状态间隙模型
6.5.2 动力学方程
6.5.3 方程求解结果与实验结果
第7章 含变质量构件的机械系统
7.1 变质量质点运动的基本方程
7.2 变质量构件的动力学方程
7.2.1 变质量刚体的动力学方程
7.2.2 由相对运动产生的变质量构件的动力学方程
7.3 能量形式的变质量构件的动力学方程
7.3.1 以能量形式表示的动力学方程
7.3.2 动能的计算
7.4 含变质量构件的单自由度系统的动力学分析
7.4.1 含变质量构件机械系统分析
7.4.2 等效力与等效转动惯量
7.4.3 能量形式的动力学方程
第8章 机械系统动力学数值仿真算法基础
8.1 概述
8.2 数值积分方法
8.3 常微分方程的数值解法
8.4 齐次方程与非齐次方程的解
8.5 矩阵迭代法
8.6 算法程序
第9章 机械系统动力学仿真软件与实例
9.1 ADAMS动力学建模与仿真
9.1.1 软件简介
9.1.2 动力学问题的求解方法与坐标系
9.1.3 ADAMS的建模与求解过程
9.1.4 ADAMS仿真分析模块
9.2 Pro/E动态仿真与工程分析
9.2.1 集成运动模块
9.2.2 机构运动与有限元法分析
9.3 机械系统仿真分析实例
9.3.1 具有冗余自由度机械臂的构型优化
9.3.2 粗糙表面磨削机械臂的动力学仿真
参考文献
练习题
· · · · · · (收起)

用户评价

我一直以为自己对经典力学的掌握已经足够扎实，直到翻开这本书的某些章节才发现自己的知识面有多么局限。这本书最让人拍案叫绝的是它对随机振动理论的系统性构建。它并没有简单地引用傅里叶变换的皮毛，而是深入探讨了功率谱密度（PSD）的物理意义，以及如何利用这些工具来描述和预测随机载荷下的系统疲劳寿命。关于线性系统在白噪声激励下的响应求解，书中给出的详细推导过程，让我彻底理解了维纳-霍夫过程（Wiener-Hopf Process）在随机过程分析中的应用。更进一步，作者还探讨了随机非线性系统的近似分析方法，例如等效线性化技术，并非常坦诚地指出了这些近似方法的适用边界和潜在误差来源。这种对理论局限性的清晰认知，是区分优秀教材和普通参考书的关键。我甚至根据书中提到的Monte Carlo模拟方法，为我正在设计的一个齿轮箱结构进行了疲劳寿命的初步评估，结果与实际的长期运行数据吻合度很高。这本书的理论深度与工程实用性达到了一个近乎完美的平衡点。

这本书的排版和图表质量令人赞叹，这在理工科教材中并不常见。清晰的矢量图、准确的受力分析示意图，极大地降低了阅读门槛。在关于转子动力学的章节，我被作者对“浮动轴承”和“油膜力”建模的细致程度所折服。书中对油膜刚度、阻尼矩阵的推导不仅基于经典的雷诺方程，还引入了更先进的非对称转子系统的临界转速分析方法，特别是对陀螺效应和不对称刚度对系统稳定性的影响进行了详尽的论述。我特别喜欢作者在讨论临界转速时，引入了“可视化”的临界点轨迹图，这比单纯的数字列表更有助于工程师直观地判断系统的运行安全裕度。此外，书中关于状态空间法的应用，即如何将高阶常微分方程转化为一阶状态向量形式，并利用现代控制理论的工具来分析系统的可控性和可观测性，这一块的衔接非常流畅自然，让动力学分析不再是孤立的，而是与现代系统控制紧密相连的整体。这本书无疑是一部工程实践的宝典，它不仅告诉你“是什么”，更告诉你“为什么会这样”以及“如何解决它”。

这本《机械系统动力学》真是让人眼前一亮，尤其是在那些关于结构共振与阻尼特性的章节，作者的处理方式简直是教科书级别的精妙。我尤其欣赏作者在引入拉格朗日方程和哈密顿原理时所采用的循序渐进的方法。对于初学者来说，这些高深的理论往往是理解机械系统动态行为的巨大门槛，但本书巧妙地将抽象的数学工具与具体的工程实例紧密结合，比如对一个简单的二自由度弹簧-质量-阻尼系统的分析，通过清晰的图示和详细的数学推导，让原本晦涩的矩阵求特征值问题变得直观易懂。书中对于模态分析的深度挖掘也令人称道，它不仅仅停留在计算固有频率和振型上，更是深入探讨了如何利用模态叠加法来预测复杂结构在随机载荷下的响应，这对于实际的机械设计，比如航空航天器或高速列车的振动控制，具有极高的指导意义。我花了大量时间研究了非线性动力学那一章，关于庞加莱截面和分岔现象的讨论，虽然理论性较强，但作者配的仿真结果和相图分析，极大地帮助我理解了混沌行为的工程意义。总而言之，它不仅是一本知识的集合，更像是一本思维的引导手册，让我对动态系统的分析有了更深层次的理解和敬畏。

这本书的叙述风格非常具有“工程师”的特质，严谨、务实，绝不拖泥带水。我发现它在处理多体系统动力学（MBS）方面的内容特别出色，这在传统的机械动力学著作中往往是相对薄弱的一环。作者将约束方程的建立——特别是那些复杂的闭环约束——用非常清晰的几何语言和简洁的符号表示法进行了阐述。我特别关注了书中关于机械臂动力学建模的部分，从牛顿-欧拉法到基于坐标分区的微分代数方程（DAE）求解，每一步的逻辑都清晰可见。让我受益匪浅的是作者对“广义速度”和“微分代数方程求解器”选择的讨论。在实际应用中，如何有效地处理冗余约束和保持约束的数值稳定性，是困扰我很久的问题，而本书提供的具体建议，比如使用投影法或增广拉格朗日乘子法，都是可以直接拿去生产环境中试验的有效策略。这本书不是那种让你读起来感觉轻松愉快的书，它要求你必须带着计算工具和实际问题去研读，但一旦你掌握了其中精髓，你会觉得解决复杂的机械运动学和动力学问题变得井然有序。

阅读这本书的过程，体验感简直像攀登一座知识的高峰，每一个章节都充满了挑战和惊喜。最让我印象深刻的是关于冲击与碰撞动力学的处理。不同于许多侧重于稳态或简谐响应的教材，本书在处理瞬态大变形和能量耗散问题时展现出了极高的专业水准。作者对接触本构关系（如赫兹接触理论的修正版）的介绍非常扎实，并将其无缝衔接到了有限元仿真中如何设置接触算法的关键点上。我尤其喜欢其中关于爆炸载荷下结构响应的案例分析，它涉及了非常复杂的非线性材料模型和时间积分方案的选取，作者不仅给出了数值解的步骤，还非常深入地剖析了不同积分方法（如Newmark法、中心差分法）在处理冲击波传播时的稳定性和精度差异，这对于从事冲击防护设计的人来说，是无价的经验总结。此外，书中关于数值方法稳定性的讨论，虽然有些枯燥，但对于确保工程计算结果的可靠性是至关重要的，它提醒我们，理论的完美不等于计算的准确，实践中的“陷阱”才是关键。这本书的深度和广度，完全超越了我对一本“动力学”教材的预期。