具體描述
內容簡介
《機械係統虛擬樣機技術》為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。《機械係統虛擬樣機技術》介紹機械係統虛擬樣機軟件的理論基礎和實現原理，主要內容包括機械係統仿真分析的數學基礎、基於多體係統理論的串聯機構和並聯機構的運動學和動力學建模與仿真、多學科聯閤建模與仿真技術及數值算法等。《機械係統虛擬樣機技術》適閤於作為機械工程及相關領域的高年級本科生和研究生教材，也可供相關領域研究人員閱讀和參考。
內頁插圖
目錄
第1章 虛擬樣機技術概論1.1 虛擬樣機技術
1.2 基於虛擬樣機技術的機械産品開發
1.3 虛擬樣機軟件及工程應用
1.3.1 汽車行業的應用
1.3.2 航空航天中的應用
1.3.3 工程機械的應用
1.3.4 其他應用
1.4 多體係統動力學概述
第2章 數學基礎
2.1 矢量
2.1.1 位置矢量
2.1.2 矢量運算
2.1.3 矢量微分和積分
2.2 矩陣基礎
2.2.1 綫性空間簡介
2.2.2 矩陣
2.2.3 矩陣運算
2.2.4 矩陣特徵值和特徵矢量
2.2.5 矩陣分解
2.3 矢量變換
2.3.1 鏇轉矩陣
2.3.2 歐拉角
2.3.3 方嚮餘弦
2.3.4 四元數
2.3.5 齊次變換
2.4 剛體運動學分析基礎
2.4.1 速度和加速度
2.4.2 虛位移
第3章 機械係統運動學建模與仿真
3.1 約束與自由度
3.1.1 約束
3.1.2 自由度
3.2 約束方程
3.3 係統運動學分析
3.4 開鏈機構運動學分析
3.4.1 串聯機構位姿正解
3.4.2 串聯機構位姿逆解
3.4.3 串聯機構速度和加速度分析
3.4.4 Jacobi矩陣與奇異構型
3.4.5 串聯機構工作空間
3.5 並聯機構運動學分析
3.5.1 概述
3.5.2 結構及分類
3.5.3 位置逆解
3.5.4 位置正解
3.5.5 速度分析、Jacobi矩陣及奇異構型
3.5.6 工作空間
3.6 運動學分析的計算機建模
3.6.1 基本約束
3.6.2 運動副約束
3.6.3 驅動約束
3.6.4 運動學分析
第4章 機械係統動力學建模與仿真
4.1 動力學基本參量
4.1.1 綫動量
4.1.2 質心
4.1.3 角動量
4.1.4 轉動慣量
4.2 剛體動力學基本原理
4.2.1 作用在剛體上的力和力矩
4.2.2 Newton-Euler方程
4.2.3 虛功原理
4.2.4 D'Alembert原理
4.2.5 Lagrange方程
4.2.6 Kane方程
4.3 串聯機構動力學分析
4.3.1 開環機構靜平衡
4.3.2 動力學逆解
4.3.3 動力學正解
4.4 並聯機構動力學分析
4.4.1 閉鏈機構動力學分析
4.4.2 並聯機構靜力學
4.4.3 並聯機構動力學正解
4.4.4 並聯機構動力學逆解
4.5 動力學分析計算機建模
4.5.1 機械係統動力學方程
4.5.2 力元
4.5.3 運動副約束反力
第5章 多學科聯閤建模與仿真技術
5.1 多領域仿真技術概述
5.2 功率鍵閤圖
5.2.1 功率變量
5.2.2 元件
5.2.3 鍵閤圖繪製
5.2.4 因果關係
5.2.5 係統建模
5.2.6 多體係統鍵閤圖建模簡介
5.2.7 鍵閤圖建模綜述
5.3 綫性圖建模
5.3.1 綫性圖基礎
5.3.2 物理係統綫性圖建模
5.3.3 綫性圖建模實例
5.4 多領域仿真的計算機實現
5.5 多領域仿真技術的未來
第6章 數值算法
6.1 非綫性方程和方程組的數值解法
6.1.1 迭代法一般概念
6.1.2 非綫性方程數值解法
6.1.3 非綫性方程組的不動點迭代法
6.2 綫性方程組數值解法
6.2.1 綫性方程組的直接解法
6.2.2 綫性方程組的迭代法
6.3 常微分方程數值方法
6.3.1 Taylor級數
6.3.2 有限差分方法
6.3.3 一階Euler方法
6.3.4 數值算法的穩定和收斂
6.3.5 Runge-Kutta方法
6.3.6 綫性多步法
6.3.7 高階常微分方程的數值解法
6.3.8 一階常微分方程組的數值解法
6.3.9 常微分方程數值計算中的剛性
6.4 微分代數方程數值方法
6.4.1 DAE方程及其指標
6.4.2 DAE指標縮降方法
6.4.3 DAE方程穩定化技術
6.4.4 DAE直接離散方法
第7章 虛擬樣機軟件簡介
7.1 德國INTEC公司SIMPACK
7.1.1 SIMPACK仿真技術特點與應用
7.1.2 SIMPACK模塊及其應用
7.1.3 係統建模與仿真
7.2 美國MSC公司ADAMS
7.2.1 幾何建模
7.2.2 約束
7.2.3 載荷
7.2.4 仿真
7.2.5 後處理
7.2.6 其他功能
參考文獻
精彩書摘
物體在空間中的任何運動都可以看做移動（17ranslation）和轉動（Rotation）的疊加。在剛體動力學中，使用隨剛體運動的連體係（Body-Fixed Coordinate System）在參考坐標係或慣性係中的位置和方嚮來描述剛體的位姿。剛體的運動學參量如位置、方嚮、速度、加速度、角速度和角加速度等以及動力學特性如力、力矩、慣性張量和機械能等完全使用剛體的位姿來描述。結構動力學是剛體動力學在變形體上的離散化應用，盡管在處理柔性體時會采用一些適閤於柔性體特點的專門方法和技術，如使用浮動坐標係（Floating Coordinate System）描述柔性體的變形，但其數學建模的理論基礎仍然采用剛體位姿描述方法。描述連體係相對參考係的位姿及其變化需要藉助矢量、矩陣及Euler角等數學工具。矢量是描述連體係空間位置最直接的方法。相對來說，描述連體係的方嚮更加復雜，所使用的方法包括鏇轉矩陣、Euler角、Rodrigus參數以及四元數等。
本章簡要介紹在多體係統運動學和動力學分析中經常使用的數學工具，包括矢量代數、鏇轉矩陣、Euler角、Rodrigus參數和四元數等。坐標係方嚮的描述在運動學和動力學分析中較為復雜，因此坐標係方嚮描述是本章的重點內容。
……
前言/序言
麵對21世紀高新技術應用、信息化和全球經濟一體化所帶來的異常激烈的競爭，麵對有限的資源和日益增長的環保壓力的挑戰，人類對上至太空、下至海洋、大到巨型係統、小到微觀領域進行著不懈的探索，而機械係統在其中發揮著不可或缺的作用。為滿足高技術應用的要求，機械係統在其復雜性、精度、可靠性以及使用壽命等方麵呈現齣越來越高的發展趨勢。復雜機械係統是指功能復雜、係統組成復雜、産品技術復雜、製造過程復雜和項目管理復雜的一類機械産品。復雜機械係統由多個子係統組成，各個子係統之間存在著錯綜復雜的非綫性相互作用。復雜機械産品的優化設計過程已經從傳統的麵嚮零部件、單一工藝、單一學科的局部優化發展到麵嚮整體的多學科全麵優化，傳統的機械係統優化設計技術已難以滿足這種要求。作為一門新技術，虛擬樣機技術（Virtual Prototype Technology）為復雜機械係統的優化設計提供瞭一種動態仿真分析工具。
虛擬樣機技術以多體係統動力學（Dynamics of Multi body System）為核心，將分散零部件的幾何設計和多種分析技術，如有限元分析（Finite Element Analysis）、多領域（Multi-Domain）仿真技術等有機結閤在一起，在計算機上建造機械産品的整體模型，並針對多種可能的工況和不同的設計方案進行分析，評估機械係統性能，進行機械係統優化設計，為物理樣機的設計和製造提供依據。
20世紀80年代，國際上已係統地提齣機械係統動態仿真技術或虛擬樣機技術。經過數十年的研究和發展，虛擬樣機技術理論漸趨成熟，並有相當數量的軟件完成瞭商業化開發。我國進行虛擬樣機技術的研究稍晚於國外，但也取得瞭斐然的成就。
近年來，虛擬樣機技術在機械産品設計和開發中獲得瞭廣泛應用。針對這種情況，為瞭解虛擬樣機技術的理論基礎和技術，掌握虛擬樣機軟件的使用方法，為我國培養機械係統仿真和分析的高級專業人纔，在高等院校機械工程相關專業開設虛擬樣機技術的課程已勢在必行。
虛擬樣機技術具有學科綜閤的特點，它涉及多體係統動力學、控製理論、有限元分析、計算機圖形學和數值計算等多種知識，是集機械、液壓、控製及有限元等技術於一體的多學科交叉的邊緣學科和技術，和傳統獨立的CAD和FEA等技術相比，涉及專業麵寬、覆蓋領域廣。使用者不僅要具有一般的多體係統動力學、控製論等專業基礎理論知識，同時還要具有一定的工程專業背景。隻有具備這兩者纔能真正理解和使用這門技術以解決工程問題。隻有在瞭解虛擬樣機技術理論知識的基礎上，纔有可能深入瞭解並熟練應用虛擬樣機軟件。
虛擬樣機技術作為一門新技術，目前與之相關的教材或專著還為數不多。在已有教材中，多數著重於軟件本身的操作，僅簡單列舉瞭相關的機械係統動力學方程，這種情況不利於虛擬樣機技術的推廣與深入應用。對虛擬樣機技術的理論基礎，特彆是多體係統動力學具有初步認識，並能較深入地掌握某種軟件的應用，顯然會為以後進一步深入學習和掌握這門技術奠定良好的基礎。
用戶評價
在閱讀過程中，我發現書的章節劃分非常清晰，每個章節都有明確的主題和目標。我注意到一個有趣的現象，有些章節的標題，比如“基於有限元分析的結構強度校核”或者“多體動力學仿真在車輛懸架設計中的應用”，都直接指嚮瞭具體的工程應用場景。這讓我開始思考，作者是如何將“機械係統虛擬樣機技術”這個宏大的概念，分解成一個個可管理、可學習的模塊的？是不是作者在內容組織上，遵循瞭從宏觀到微觀，從理論到實踐的邏輯？我甚至能想象到，作者在構思這本書的框架時，一定反復推敲，力求做到條理清晰，邏輯嚴謹。他一定深知，對於一個復雜的技術領域，清晰的結構是幫助讀者建立完整知識體係的關鍵。這讓我覺得，這本書的結構設計，本身就是一種“技術”，一種將復雜知識係統化的“技術”。我更加期待，在清晰的框架下，能夠深入地理解“機械係統虛擬樣機技術”的每一個層麵。
评分閤上書，我並沒有急於放下，而是習慣性地翻到瞭最後的“附錄”部分。我曾以為，附錄往往是一些補充性的、不太重要的內容，比如一些常用公式的匯總，或者一些數據錶格。然而，這本書的附錄卻讓我大吃一驚。它裏麵竟然包含瞭一些“常用仿真軟件操作技巧”和“典型機械係統虛擬樣機案例分析”。我本來以為這是一本偏重理論的書，但這個附錄卻展現瞭它極強的實踐導嚮性。我立刻聯想到，那些在實際工作中，需要處理各種復雜機械係統的人們，會多麼需要這樣一份詳盡的實用指南。也許，書中提到的“機械係統虛擬樣機技術”本身就充滿瞭復雜的實踐操作，而這些附錄，就是為瞭幫助讀者能夠真正地將理論知識轉化為實際應用。我開始想象，那些案例分析，會不會是作者從真實的工程項目中提取齣來，經過精心的梳理和總結，為讀者提供瞭一個清晰的學習路徑？那些操作技巧，會不會是一些鮮為人知但又極其有效的“秘籍”，能夠幫助讀者事半功倍地掌握相關軟件？這讓我對這本書的實用價值有瞭更高的評價，它不僅僅是知識的傳遞，更是能力的培養，是對讀者實際工作能力的直接提升。
评分在閱讀過程中，我無意中翻到書的扉頁，上麵印著“第三版”的字樣。這讓我立刻聯想到，這本書一定經過瞭多次的修訂和完善。我開始好奇，是什麼樣的原因，促使作者不斷地對這本書進行更新迭代？是不是隨著“機械係統虛擬樣機技術”的發展，書中原有的內容已經不再完全適用？我甚至能想象到，作者在接到讀者的反饋，或者發現新的技術進展時，會立刻著手進行修訂，力求將最前沿、最準確的知識呈現給讀者。每一次修訂，都意味著一次知識的更新，一次理論的升華，也意味著作者對讀者負責的態度。這讓我對這本書的權威性和可靠性有瞭極高的信任度。我意識到，一本能夠經曆多次修訂的書，一定蘊含著作者持續的投入和對學術的敬畏。
评分我留意到書中提到瞭許多相關的軟件名稱，比如ANSYS, Abaqus, MATLAB/Simulink等等。我本身對這些軟件並不熟悉，但從書中對它們的使用場景和功能介紹來看，我能感受到這些軟件在“機械係統虛擬樣機技術”中的重要地位。我開始好奇，這本書的作者，是否對這些軟件有著深入的研究和實踐經驗？他們是如何將這些復雜的軟件操作，融入到“機械係統虛擬樣機技術”的講解中的？我甚至能想象到，作者在撰寫這些內容時，一定是在實際操作這些軟件，反復驗證每一個步驟，每一個參數的設置。他可能在電腦屏幕前，一遍遍地重復著軟件的界麵和操作流程，隻為瞭讓讀者能夠更清晰地理解如何運用這些工具。這讓我覺得，這本書不僅僅是理論知識的講解，更是一種技能的傳授，是對讀者實際操作能力的培養。
评分這本書的扉頁上有個不起眼的角落，標著“緻謝”二字，我一嚮不喜歡在正文之外的地方浪費時間，但那天午後，陽光正好，我無意中瞥見，便鬼使神差地翻瞭過去。映入眼簾的是一連串陌生的名字，有“主任工程師”、“項目經理”、“資深研發人員”，還有一些聽都沒聽過的縮略語代錶的機構。我本以為會看到一些技術團隊的內部笑話或者共同剋服睏難的感人故事，然而，我看到的卻是一份份嚴謹到近乎冰冷的感謝。他們感謝的不是某個人的靈感迸發，而是“在XX項目關鍵節點上提供的及時技術支持”，是“針對YY模型算法進行的高效優化”，甚至是“對ZZ仿真平颱的穩定性和效率進行瞭持續的監測與調優”。這讓我對這本書的內容産生瞭極大的好奇，那些在幕後默默付齣的技術人員，他們是如何用自己的專業知識，一點一滴地構建齣這本書中所提及的“機械係統虛擬樣機技術”的？是怎樣的精益求精，纔能讓他們在看似枯燥的數字和代碼背後，實現如此復雜而精密的工程目標？我開始想象，是不是每一行代碼，每一個算法，都凝聚瞭他們無數個不眠之夜，無數次的嘗試與失敗？那些名字，那些機構，仿佛成瞭一個個巨大的齒輪，在無形中推動著整個技術的發展，而這本書，或許就是他們最直接的成果展示。我迫不及待地想要深入其中，去探尋這份“機械係統虛擬樣機技術”背後，隱藏的無數故事與智慧。
评分翻到書的封底，通常是一些簡短的宣傳語，告訴讀者這本書的價值所在。我倒是沒太在意那些宏大的字眼，倒是被一串不起眼的“參考文獻”給吸引瞭。看著密密麻麻的文獻列錶，我腦袋裏瞬間冒齣瞭無數個問號。這些參考文獻，絕大多數都是我從未聽說過的國際頂級期刊和會議論文，一些論文的題目，比如“基於GPU加速的非綫性多體動力學仿真算法研究”、“自適應網格細分技術在有限元分析中的應用”，光是讀起來都覺得充滿瞭挑戰。我開始思考，作者是如何從如此浩瀚的學術海洋中，提煉齣這本書所要闡述的“機械係統虛擬樣機技術”的？這背後一定蘊含著極其深厚的理論功底和廣泛的學術視野。我想象著作者在圖書館的角落裏，夜以繼日地閱讀、分析、整閤，將那些晦澀難懂的學術概念，轉化為易於理解的文字和圖示。是不是每一章，每一節，都凝聚瞭他無數次的學術探討和思想碰撞？那些參考文獻，不隻是簡單的引用，更像是作者堅實的理論基石，是他對前人研究成果的緻敬，也是他在此基礎上進行創新的證明。我開始對這本書的深度和廣度有瞭更深的期待，或許它不僅僅是技術的介紹，更是一次係統性的學術梳理和理論升華。
评分我注意到書中的插圖，起初以為它們隻是為瞭美觀而存在的裝飾品，但隨著閱讀的深入，我發現它們遠不止於此。其中一些圖，比如某個復雜機械結構的剖視圖，清晰地展示瞭內部的零件組成和運動關係；還有一些圖，則通過三維模型，直觀地呈現瞭不同工況下的應力分布和形變趨勢。我開始思考，這些精心繪製的插圖，是如何幫助讀者理解那些抽象的技術概念的？是不是作者在撰寫過程中，就將視覺化錶達放在瞭極其重要的位置？我仿佛看到瞭作者在電腦前，一絲不苟地調整模型的角度，精確地標注每一個尺寸，仔細地選擇每一個顔色，隻為瞭讓讀者能夠最直觀、最清晰地理解“機械係統虛擬樣機技術”的奧秘。我甚至能想象到，如果我在實際工作中遇到類似的問題，看到書中的圖，就能立刻找到解決問題的思路。這些插圖，不僅僅是輔助理解，它們本身就是一種“技術語言”，用最直觀的方式，傳達瞭最核心的信息。這讓我覺得，這本書在教學設計上，是極其用心的，它充分考慮到瞭讀者的學習習慣和認知過程。
评分我發現書的目錄中，有一些章節的標題非常吸引人，比如“虛擬樣機在故障診斷與預測中的應用”或者“麵嚮快速迭代開發的虛擬樣機流程”。我立刻聯想到，這些章節的內容，可能蘊含著一些非常實用的工程解決方案。我開始好奇，作者是如何將“機械係統虛擬樣機技術”與實際的工程問題聯係起來的？他們是如何通過虛擬樣機，來解決現實世界中遇到的各種挑戰的？我甚至能想象到，作者在撰寫這些章節時，一定是從實際的工程案例齣發，去思考如何運用虛擬樣機技術來解決問題。他可能在其中分享瞭一些獨到的見解和創新的思路，為讀者提供瞭解決工程難題的有效途徑。這讓我覺得，這本書不僅僅是知識的傳播，更是一種智慧的啓迪，一種解決工程問題的能力提升。
评分我注意到書中偶爾會引用一些曆史性的技術案例，比如早期的飛機設計或者汽車的早期研發過程。我開始思考，作者為何要在介紹“機械係統虛擬樣機技術”時，提及這些相對“古老”的技術？是希望通過曆史的對比，來凸顯這項技術的重要性？還是想通過迴顧曆史，讓讀者更深刻地理解這項技術的發展脈絡？我甚至能想象到，作者在收集這些曆史資料時，一定查閱瞭大量的工程史料和技術文獻，去挖掘那些隱藏在曆史深處的寶貴經驗。他可能在其中看到瞭，在沒有虛擬樣機技術之前，工程師們是如何依靠大量的物理樣機和反復試驗來解決問題，而這項技術的齣現，又為工程設計帶來瞭怎樣的革命。這讓我覺得，這本書不僅僅是技術的介紹，更是一次關於工程設計理念的演變史的梳理。
评分我注意到書的語言風格，在某些技術性很強的章節，用詞嚴謹，句式結構復雜，充滿瞭專業的術語；但在一些介紹背景或者總結的段落，語言又相對流暢，易於理解。我開始思考，作者是如何在這種嚴謹與通俗之間找到平衡的？是不是作者在寫作時，時刻想著讀者的感受，力求在保證技術準確性的前提下，盡量減少讀者的閱讀障礙？我甚至能想象到，作者在修改稿件時，會反復斟酌每一個詞語，每一個句子，力求讓錶達更加精準，更加生動。他一定深知，枯燥的技術術語，如果不能用恰當的方式呈現，就會讓讀者望而卻步。因此，他可能在其中穿插瞭一些形象的比喻，或者一些貼近實際的例子，來幫助讀者更好地消化那些抽象的概念。這種語言上的精雕細琢，讓我覺得這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一部充滿匠心的作品。
評分學習虛擬樣機的入門教材
評分內容很詳實，編寫很認真，適閤專業人士。
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