中图网

>

总论

缩减多体系统传递矩阵法

作者：芮雪

出版社：科学出版社出版时间：2022-07-01

开本： B5 页数： 208

本类榜单：自然科学销量榜

预估到手价¥97.2(6.5折)?

预估到手价是按参与促销活动、以最优惠的购买方案计算出的价格（不含优惠券部分），仅供参考，未必等同于实际到手价。

中图价:¥108.0(7.2折)定价 ~~¥150.0~~ 登录后可看到会员价

促销活动:

年中庆第一波|全场百万图书折上9折

加入购物车收藏

运费6元，全场折上9折期间 满39元包邮

?快递不能达地区使用邮政小包，运费14元起

云南、广西、海南、新疆、青海、西藏六省，部分地区快递不可达

本类五星书更多>

>
宇宙、量子和人类心灵

宇宙、量子和人类心灵

¥40.6¥58
>
(精)BBC地球故事系列-星际旅行

(精)BBC地球故事系列-星际旅行

¥25.5¥85
>
从一到无穷大

从一到无穷大

¥22.5¥46
>
图说相对论(32开平装)

图说相对论(32开平装)

¥14.7¥46
>
一本有趣又有料的化学书

一本有趣又有料的化学书

¥18.9¥45
>
刘薰宇的数学三书:原来数学可以这样学全3册

刘薰宇的数学三书:原来数学可以这样学全3册

¥35.4¥118
>
光学零件制造工艺学

光学零件制造工艺学

¥72.5¥98

商品详情
商品评论(0条)

中图价:¥108.0 加入购物车

版权信息
内容简介
目录
节选

微信公众号

缩减多体系统传递矩阵法版权信息

ISBN：9787030719744
条形码：9787030719744 ; 978-7-03-071974-4
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
自然科学
>
总论

缩减多体系统传递矩阵法内容简介

本书旨在进一步完善多体系统传递矩阵法的这些特点，相关研究工作得到了国家173重点项目和国家自然科学基金等项目的支撑。书中采用不同策略推导了多端输入刚体、多铰子系统、由二者组成的子系统以及各种类型铰元件的传递方程和传递矩阵，并用于新版多体系统传递矩阵法。在此基础上，建立系统总传递方程自动推导定理4条，丰富了多体系统传递矩阵法及其传递矩阵库。特别是提出了新的缩减变换，基于通常的元件传递方程和解耦铰元件方程两种策略，建立了适用于链式、闭环、树形和一般系统的缩减多体系统传递矩阵法。

缩减多体系统传递矩阵法目录

目录
1　绪论　001
1.1　履带车辆动力学仿真研究状况　001
1.2　多体系统动力学研究状况　004
1.2.1　牛顿定律和牛顿欧拉方程　004
1.2.2　通常多体系统动力学方法发展历程　006
1.2.3　多体系统传递矩阵法发展历程　009
1.3　本书主要内容　021
2　多体系统动力学基础　023
2.1　多体系统拓扑结构和元件　023
2.2　隔离体受力图　024
2.3　刚体运动学　026
2.4　隔离体的牛顿欧拉方程　027
2.5　通常动力学方法转换到多体系统传递矩阵法　029
3　元件和子系统传递方程　033
3.1　单端输入刚体　033
3.1.1　空间刚体　033
3.1.2　平面刚体　034
3.2　任意N端输入刚体　038
3.2.1　主传递方程　038
3.2.2　运动协调方程　039
3.2.3　任意N端输入平面刚体　040
3.3　各种类型铰　041
3.3.1　光滑球铰　041
3.3.2　空间柱铰　044
3.3.3　不同铰组合　046
3.4　与多端输入体相联的铰　048
3.4.1　任意N铰处理　048
3.4.2　N铰与N端输入刚体组成的子系统　053
3.5　铰传递方程与外接体的解耦　056
4　多体系统总传递方程　061
4.1　拓扑图　061
4.2　系统总传递方程推导　062
4.2.1　链式系统　063
4.2.2　闭环系统　064
4.2.3　树形系统　065
4.2.4　一般系统　067
4.3　边界条件介绍　070
4.4　多体系统传递矩阵法计算流程　071
4.4.1　计算流程　071
4.4.2　数值积分　072
4.4.3　广义加速度提取　073
5　缩减多体系统传递矩阵法　075
5.1　缩减变换　075
5.2　缩减多体系统传递矩阵法　077
5.2.1　链式系统　077
5.2.2　闭环系统　080
5.2.3　树形系统　085
5.2.4　一般系统　090
5.3　解耦铰缩减多体系统传递矩阵法　101
5.3.1　链式系统及链式子系统铰缩减传递方程　101
5.3.2　闭环系统铰缩减传递方程　103
5.3.3　一般系统中闭环子系统铰缩减传递方程　104
5.3.4　N端输入刚体缩减传递方程　106
5.3.5　递推算法　109
5.4　递推过程总结　110
6　算例及履带车辆系统动力学　115
6.1　算例　115
6.1.1　空间三摆系统　115
6.1.2　平面树形系统　117
6.1.3　大型和巨型空间树形系统　120
6.1.4　含数个多端输入体的树形系统　121
6.1.5　闭环系统　123
6.1.6　含闭环一般系统　125
6.1.7　含闭环和更多子系统的一般系统　129
6.2　履带车辆系统动力学模型及其拓扑图　130
6.2.1　履带车辆系统动力学模型　131
6.2.2　履带车辆系统动力学模型拓扑图　135
6.3　履带车辆系统总传递方程　137
6.3.1　履带子系统总传递方程　137
6.3.2　车体子系统总传递方程　138
6.4　履带车辆系统缩减传递方程　141
6.4.1　履带子系统缩减传递方程　141
6.4.2　车体子系统缩减传递方程　143
6.5　履带车辆系统动力学仿真及其试验验证　144
6.5.1　履带车辆系统动力学仿真　144
6.5.2　仿真结果试验验证　151
7　分析与总结　155
7.1　仿真与试验结果分析　155
7.2　结论　156
7.3　展望　158
附录A　坐标变换的运动学关系　159
附录B　多端输入子系统传递矩阵简化　163
附录C　对含多个非自由边界系统的处理　167
参考文献　171
图目录
图1.1　各种履带车辆实物一览　003
图2.1　多体系统拓扑结构:(a)链式系统；(b)闭环系统；(c)树形系统；(d)一般系统　024
图2.2　两个相邻元件联接点受力和运动学分析:(a)联接元件；(b)隔离元件；(c)符号约定　025
图2.3　隔离体受力图:(a)单端输入体；(b)多端输入体　026
图3.1　球铰　041
图3.2　空间柱铰　044
图3.3　两个转轴方向不同的柱铰　047
图3.4　柱铰与外接体外接球铰的组合　047
图3.5　球铰与外接体外接柱铰的组合　048
图3.6　N端输入体和N铰子系统的拓扑图　049
图3.7　空间滑移铰:(a)自由运动示意图；(b)隔离体　057
图4.1　带有体(圆圈)、铰(箭头)和边界(零)的拓扑图　061
图4.2　图4.1中一般多体系统简化为(a)缩聚链式子系统和(b)缩聚树节点　062
图4.3　链式系统拓扑图(a)和对应的隔离体(b)　063
图4.4　闭环(a)及其派生链的拓扑图(b)　065
图4.5　各种边界条件下的梁:(a)一端固定一端自由；(b)两端简支　070
图4.6　多体系统传递矩阵法求解多体系统动力学流程　072
图4.7　显式积分方法计算流程　073
图5.1　作为图4.1一部分的树形系统　085
图5.2　作为图4.1一部分的闭环子系统(a)及其派生链(b)　090
图5.3　缩减子闭环14～21作为图4.1中一般系统的一部分　092
图5.4　闭环子系统联接两个子系统的一般系统(a)和闭环子系统派生链(b)　098
图5.5　缩减多体系统传递矩阵法拓扑结构　110
图6.1　空间三摆系统动力学模型　116
图6.2　体1空间三轴角时间历程　117
图6.3　树形系统(a)及其拓扑图(b)和体(c)、(d)　118
图6.4　图6.3中树形系统四个角度时间历程　119
图6.5　典型空间树系统(a)及其拓扑图(b)　120
图6.6　2N-1=999时，图6.5中空间树形系统角运动时间历程　121
图6.7　含数个多端输入体的空间树形系统(a)及其拓扑图(b)　122
图6.8　图6.7中树形系统角速度时间历程　123
图6.9　当N=10，t=0s(a)和t=1s(b)时的系统位形　125
图6.10　当N=24，t=0s(a)和t=1s(b)时的系统位形　125
图6.11　当N=25，t=0s(a)和t=1s(b)时的系统位形　126
图6.12　当N=100，t=0s(a)和t=1s(b)时的系统位形　126
图6.13　缩减多体系统传递矩阵法与拉格朗日方程计算时间比较　127
图6.14　具有闭环和树形子系统的一般系统(a)及其拓扑图(b)　127
图6.15　一般系统的角速度时间历程　128
图6.16　系统能量(a)和违约量(b)，其中蓝色(x)和红色(y)曲线为未进行违约修正的结果，绿色(x)和黑色(y)曲线为进行违约修正后的结果　128
图6.17　体1　联接三个子系统的一般系统(a)及其拓扑图(b)　129
图6.18　系统角速度时间历程　130
图6.19　典型履带车辆　130
图6.20　履带车辆多体系统动力学模型　132
图6.21　履带车辆(a)左履带、(b)右履带和(c)车体子系统的拓扑图　136
图6.22　A　级(a)、D　级(b)和E　级(c)路面空间不平度　146
图6.23　不同路面、不同行驶速度下车塔底部中心铅垂振动仿真结果(蓝线表示25km/h，红色虚线表示40km/h)　150
图6.24　E级路面行驶速度(a)25km/h和(b)40km/h，t=5s时的履带位形　151
图6.25　D级路面行驶速度25km/h时履带板中心垂向振动(a)位移和(b)速度　152
图6.26　履带车辆在试验场行驶试验场景　152
图6.27　试验车辆测量点　152
图A.1　绕(a)x、(b)y和(c)z轴的简单转动　159
图C.1　平面四连杆机构(a)及其拓扑图(b)　170
图C.2　摇杆角速度时间历程　170
表目录
表1.1　多体系统传递矩阵法的发展与变化　011
表3.1　独立于相联接元件的铰缩减矩阵库　060
表5.1　链式系统和链式子系统的递推公式　111
表5.2　孤立闭环的递推公式　112
表5.3　树形系统和树形子系统的递推公式　113
表5.4　一般系统中闭环子系统的递推公式　114
表6.1　缩减多体系统传递矩阵法和ADAMS对空间树形系统的计算时间　121
表6.2　正文和动力学模型与拓扑图中主要元件序号对比表　134
表6.3　路面不平度分类标准　145
表6.4　左履带柱铰初始相对转角　147
表6.5　右履带柱铰初始相对转角　148
表6.6　不同行驶速度和路面下车塔底部中心加速度(表示为重力加速度g的倍数)的均方根值　151
表6.7　D级路面上22km/h速度下振动加速度均方根值仿真与试验结果　153
表7.1　缩减多体系统传递矩阵法对多体系统传递矩阵法的发展　157
表C.1　四连杆机构的结构参数和初始条件　170

展开全部

缩减多体系统传递矩阵法节选

1绪论诸如履带车辆的机动性、舒适性、可靠性等机械系统的先进动力学性能主要依赖基于机械系统动力学仿真的先进设计理论和技术。牛顿定律、牛顿欧拉方程、分析力学、有限元法（FEM）和经典传递矩阵法（TMM）为机械系统提供了这样的理论和技术。特别是多体系统动力学理论与仿真技术，逐渐发展成为系统动力学设计的重要基础之一。多体系统传递矩阵法作为一种相当新的多体系统动力学方法，引起了广泛关注，并已应用于解决许多工程问题。本章综述了履带车辆等典型机械系统动力学仿真、多体系统动力学分析的概况，尤其是牛顿欧拉方程、通常多体系统动力学方法、多体系统传递矩阵法、FEM、TMM的发展历程及其应用，阐述了多体系统动力学仿真特别是多体系统传递矩阵法仍然需要解决的问题。 1.1履带车辆动力学仿真研究状况随着兵器、航空、航天、船舶、车辆、机器人、精密机械等工程技术的发展，出现了大量以各种方式联接多个物体而成的机械系统，如各种运动平台、飞机、航母、飞船、机械手、机器人、车辆、民用机械等。几乎所有的机械系统都可视为多体系统，多体系统动力学将一般的多体系统分解为两类元件：体和铰。体主要包括刚体、柔性体和集中质量等。体元件全部为刚体组成的系统称为多刚体系统，体元件只有柔性体的多体系统称为多柔体系统。体元件有刚体和柔性体的混合系统称为多刚柔体系统。铰描述体之间的相互作用。目前，不仅仅是刚体和柔性体，流体和气体也已成为多体系统动力学的研究对象，尤其是流固耦合和气固耦合问题。各种机械系统被广泛应用于许多领域并发挥着重要作用。例如，履带车辆作为典型的机械系统，由于接地比压小、附着性高、稳定性好、防护性强等优点，在农业、建筑、矿业、军事、林业、国际红十字会应急救援、野外通信、沙漠运输等领域发挥着越来越重要的作用。各种履带车辆实物如图1.1所示。履带车辆通常含有大量存在相对大运动的运动部件，与通常机械系统相比*大的区别在于，履带车辆结构以及履带与轮系、多变的外部环境之间的力学关系更为复杂。履带车辆的振动特性、操纵性、舒适性和可靠性等动力学性能是履带车辆核心性能，近30年来，随着多体系统动力学方法的发展，履带车辆的动力学性能提升迅速，已达到较高水平。在美国，20世纪80年代到90年代使用ADAMS等仿真软件进行了履带车辆的动力学分析，2000年前M1A1坦克的履带寿命从2000公里增加到8000公里。近30年，中国各种履带车辆技术与产品发展迅速。履带车辆动力学仿真技术是履带车辆性能设计的关键技术之一，得到了深入研究与广泛关注。Murphy和Ahlvin（1976）提出了一种履带车辆模型，车架被视为刚体，负重轮为沿圆周方向均匀分布的径向弹簧，悬架系统为平动弹簧阻尼器。Galaitsis（1984）证明了高速履带车辆中的动态履带张紧力和悬挂载荷有助于其动力学特性。Bando、Yoshida和Hori（1991）介绍了橡胶履带小型推土机的设计和分析程序与车辆性能计算机模拟方法。Nakanishi和Shabana（1994）提出了履带车辆平面接触动力学模型。Dhir和Sankar（1994）建立了三自由度车架附加负重轮自由度的二维履带车辆模型，其中，履带为无质量有张力的连续皮带，地面为刚性，负重轮和履带板之间的接触视为连续径向弹簧阻尼结构。Choi、Lee和Shabana（1998）提出了三维履带车辆模型，描述了驱动系统的作用力。Balamurugan（2000）研究了中等重量高速军用履带车辆在崎岖越野地形下的行驶动力学特性有限元模拟。Ryu、Bae和Choi等（2000、2002）建立了柔性履带递归模型与车架子系统*小数目方程组，研究高机动履带车辆的虚拟设计。Ozaki和Shabana（2003）使用受冲击力的履带车辆模型评估了不同方法的性能。Rubinstein和Hitron（2004）使用LMS－DADS仿真程序建立了履带越野车辆动力学三维模型。Sandu和Freeman（2005）推导了“摇杆”悬挂系统和独立兼容履带车辆的一般动力学方程，并进行了数值模拟。Gunter、Bylsma和Edgar等（2005）进行了无人履带车辆计算机建模和仿真与现场测试。Janarthanan、Padmanabhan和Sujatha（2012）根据试验性能参数，使用Simulink预测了重型履带车辆在各种道路上的加速和制动性能。履带车辆动力学仿真模型经历了从简单到复杂、从二维到三维的过程。如本书第6章介绍，典型的履带车辆是一个由约600个有相对大运动元件组成的复杂多体系统，包括210多个具有相对大运动的体，这些体由380多个铰相联接而成。对于上述履带车辆这样一个含有大量元件的复杂系统动力学仿真以往主要基于通常多体系统动力学方法，其中除了完全递归法外，其它通常多体系统动力学方法都需要建立系统总体动力学方程。如果动力学模型有任何变化，就需要重新推导系统总体动力学方程，该过程通常十分繁琐，且计算时间长，不能满足实际工程设计的需求。履带车辆系统动力学的计算速度直接决定其动力学设计的成败，因此，亟需建立一种更好的履带车辆系统动力学仿真和设计方法。 1.2多体系统动力学研究状况本节回顾了通常多体系统动力学方法和独*的多体系统传递矩阵法的起源、发展、在工程中的作用、特点、面临的问题和解决方法等，介绍了多体系统传递矩阵法与经典TMM和FEM之间的关系。 1.2.1牛顿定律和牛顿欧拉方程力学是研究物质机械运动规律，特别是力与运动之间关系的科学。机械运动是指物质在时间和空间上位置的变化，包括平动、转动、流动、变形、振动和扩散。刚体动力学是研究刚体在外力作用下运动规律的力学分支。力学作为一门系统独立学科发展始于16世纪至17世纪。动力学研究作用在物体上的力与其运动之间的关系。牛顿力学以牛顿定律为基础研究速度远低于光速的质点系的运动。1687年，牛顿在其著作《自然哲学的数学原理》（Philosophiae　Naturalis　Principia　Mathematica）中提出了物体运动的三个基本定律，也称为牛顿三定律，使经典力学形成了系统的理论。牛顿第二定律，也称为运动定律：在惯性坐标系中，物体的加速度与作用在物体上的合力大小成正比，与物体质量成反比，加速度a的方向与力f的方向相同，其表达式为f＝ma（1.1）牛顿第三定律又称作用与反作用定律：任何物体间的作用力和反作用力同时存在，同时消失，它们的大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。刚体的一般运动可以分解为随同其基点的平动与绕基点的转动，基点可依需要选取。对于绕基点的转动，可以像研究定点转动那样定义转动角速度和角加速度。欧拉定理是指刚体绕定点的任意有限转动角位移都可用绕过定点某轴的一次转动位移实现。欧拉动力学方程指的是定点转动刚体运动微分方程。根据牛顿第二定律［式（1.1）］，有刚体的质心运动定理maC＝f（1.2）式中，m是刚体总质量；aC是刚体质心绝对加速度；f为刚体所受合外力。对转动运动，欧拉给出了相应的定理，即相对于物体上任一固定点P的动量矩GP的绝对变化与合力矩MP有关dGPdt＝MP－rPC×maP（1.3）式中，动量矩可以通过相对于基点P的惯性矩阵JP和绝对角速度ω计算，即GP＝JPω（1.4）式中（1.5）MP是刚体受到的对基点P的合外力矩，rPC是从P到质心C的位矢，aP是点P的绝对加速度。牛顿欧拉方程指的是，利用质心动量定理和对基点动量矩定理建立的刚体一般运动微分方程组，由平动动力学方程［式（1.2）］和转动动力学方程［式（1.3）］组成。牛顿定律和欧拉定理奠定了经典矢量力学的基础。针对矢量力学因非自由质点系动力学方程推导过程中存在未知约束力而导致使用不便的问题，侧重于用能量函数来度量系统运动和所受作用的分析力学方法逐步兴起。达朗贝尔（1743）提出了达朗贝尔原理，为分析力学研究奠定了基础。拉格朗日（1788）在虚位移原理和达朗贝尔原理基础上，采用广义坐标导出具有普遍意义的拉格朗日方程，形成了拉格朗日力学体系。高斯（1829）在*小约束原理的基础上提出了理想约束系统的变分原理，即高斯原理。哈密顿（1835）引入广义动量的概念，提出了理想完整约束系统*具代表性的积分型变分原理——哈密顿原理。哈密顿原理以及由此导出的哈密顿正则方程统称为哈密顿力学，其与拉格朗日力学一起被视为分析力学的两大分支。牛顿定律、欧拉定理、达朗贝尔原理、拉格朗日方程、高斯原理、哈密顿原理等经典力学的数学描述是质点和刚体的基本运动定律。以上述经典力学为基础，经典刚体力学研究已有200余年历史，在机械系统动力学的研究及其应用中发挥了重要作用。但经典刚体力学仅研究仅含少数刚体的系统。 1.2.2通常多体系统动力学方法发展历程利用牛顿欧拉方程手工建立复杂机械系统的总体动力学方程是十分繁琐和复杂的过程。在研究工程问题时，由于动力学方程的推导过程繁琐，经典力学方法面临着前所未有的挑战。因此，经典力学方法不断发展产生了一个新的学科分支，称为多体系统动力学。它的主要研究对象是包含许多相对运动物体的系统。与有限元分析一样，它已成为机械系统动力学性能分析和设计的重要理论基础，为现代科学技术的发展和大量工业产品的设计做出了无可替代的重大贡献。多体系统动力学早期的研究工作主要针对多刚体系统。德国数学家Fischer（1906）研究了人体运动学和动力学，是*早的多刚体系统动力学研究记录。Kane（1961）提出了利用广义速率代替广义坐标　　

商品评论(0条)

写书评赚书币

暂无评论……

书友推荐