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第1章 绪论 1

1.1 机械系统的概念 1

1.1.1 系统 1

1.1.2 机械系统 2

1.1.3 机械系统的数学模型 2

1.2 离散系统和连续系统 2

1.2.1 离散系统 3

1.2.2 连续系统 3

1.2.3 离散系统和连续系统的辩证统一 4

1.3 线性系统和非线性系统 6

1.4 确定性、随机性与模糊性 7

1.5 机械系统动力学的任务 7

1.5.1 机械系统动力学建模与仿真 8

1.5.2 机械系统动力学设计 8

1.5.3 机械系统动力学控制 9

1.5.4 我国机械系统设计的现状 9

1.6 机械系统动力学分析及其迫切性 10

第2章 单自由度系统振动 12

2.1 引言 12

2.2 单自由度无阻尼自由振动 14

2.2.1 系统的动力学模型和运动微分方程 14

2.2.2 振动特性的分析 15

2.2.3 扭转系统的无阻尼自由振动 16

2.2.4 单自由度无阻尼系统固有频率的计算方法 17

2.3 单自由度系统有阻尼振动 25

2.3.1 系统动力学模型和运动微分方程 25

2.3.2 振动特性的讨论 27

2.4 单自由度系统的强迫振动 29

2.4.1 简谐强迫振动 30

2.4.2 周期激振力引起的强迫振动 38

2.4.3 任意激振力引起的强迫振动 39

2.5 强迫振动理论的应用 43

2.5.1 振动的隔离 43

2.5.2 轴的临界转速 46

2.6 单自由度系统振动的Simulink建模与仿真 48

2.6.1 MATLAB/Simulink简介 48

2.6.2 基于Simulink的振动建模与仿真 51

2.6.3 基于M文件的振动建模与仿真 55

2.7 习题 56

第3章 二自由度系统的振动 58

3.1 引言 58

3.2 二自由度系统的自由振动 59

3.2.1 系统的运动微分方程 59

3.2.2 固有频率和主振型 59

3.2.3 系统对初始条件的响应 62

3.2.4 振动特性的讨论 62

3.3 二自由度系统的强迫振动 64

3.3.1 系统的运动微分方程 64

3.3.2 振动特性的讨论 65

3.3.3 动力减振器 68

3.4 习题 70

第4章 多自由度系统振动 72

4.1 多自由度系统运动方程的建立 72

4.1.1 拉格朗日方法 72

4.1.2 影响系数法 74

4.2 多自由度系统的固有频率和主振型 76

4.2.1 固有频率 76

4.2.2 主振型 77

4.2.3 基于MATLAB的固有频率和振型计算 79

4.2.4 主振型的正交性 82

4.3 多自由度系统的模态分析法 83

4.3.1 模态矩阵 83

4.3.2 模态坐标及正则坐标 85

4.3.3 用模态分析法求系统动力响应 90

4.4 多自由度系统和数值方法 92

4.4.1 瑞利法 92

4.4.2 邓柯莱法 94

4.4.3 矩阵迭代法 95

4.5 习题 104

第5章 弹性体的振动 105

5.1 引言 105

5.2 杆的纵向振动 106

5.2.1 运动方程 106

5.2.2 固有频率和主振型 107

5.3 轴的扭转振动 109

5.3.1 运动方程 109

5.3.2 固有频率和主振型 110

5.4 梁的横向自由振动 111

5.4.1 运动方程 111

5.4.2 固有频率和主振型 113

5.5 梁的横向受迫振动 120

5.5.1 主振型的正交性 120

5.5.2 用模态分析法求解梁的动力响应 122

5.6 梁的有限元建模与分析 128

5.6.1 纵向振动杆单元 129

5.6.2 横向振动梁单元 130

5.6.3 系统的振动微分方程 133

5.6.4 例题 135

5.6.5 变截面梁的模态分析 137

5.7 矩形薄板的振动分析 145

5.7.1 薄板概念和假设 145

5.7.2 问题描述 146

5.7.3 操作步骤 146

5.8 习题 151

第6章 多刚体系统动力学建模与仿真 153

6.1 多刚体系统动力学的建模原理与方法 153

6.2 多刚体系统的基本概念 154

6.2.1 多刚体系统 154

6.2.2 刚体 156

6.2.3 铰（运动约束） 156

6.2.4 外力与力元 156

6.3 刚体动力学的基本原理 157

6.3.1 方向余弦矩阵 157

6.3.2 刚体空间转动的描述 158

6.3.3 刚体的角速度 160

6.3.4 刚体上任意点的运动学 161

6.4 递推形式的多刚体系统运动学 162

6.5 凯恩方法及多刚体系统动力学方程 163

6.5.1 偏速度及偏角速度 163

6.5.2 广义主动力及广义惯性力 164

6.6 机械系统动力学方程的数值解法 165

6.6.1 龙格－库塔法 165

6.6.2 变步长法 166

6.6.3 算法误差和稳定性 167

6.7 基于ADAMS的机械系统动力学建模与仿真 168

6.7.1 ADAMS软件的模块组成及功能 168

6.7.2 基于ADAMS的多体系统动力学建模及数值计算 171

6.7.3 三自由度机械手动力学建模与仿真分析 180

6.7.4 悬吊式起重机动力学建模与仿真分析 183

第7章 机械系统动力学实验 186

7.1 两自由度动力消振实验 186

7.1.1 实验内容 186

7.1.2 实验目的 186

7.1.3 实验要求 186

7.1.4 实验仪器与设备 186

7.1.5 实验原理及框图 187

7.1.6 实验方法及步骤 187

7.2 悬臂梁固有频率与振型测量 188

7.2.1 实验内容 188

7.2.2 实验目的 188

7.2.3 实验要求 188

7.2.4 实验所需仪器设备及原理方法 189

7.2.5 实验操作步骤 189

7.2.6 实验报告要求 190

7.3 自由梁模态实验 190

7.3.1 实验内容 190

7.3.2 实验目的 191

7.3.3 实验要求 191

7.3.4 实验所用仪器设备 191

7.3.5 实验原理 191

7.3.6 实验方法与步骤 192

7.4 曲柄滑块机构的运动学建模与仿真 192

7.4.1 曲柄滑块机构的运动学方程 192

7.4.2 Simulink环境下的曲柄滑块机构运动学建模与仿真 193

7.4.3 ADAMS环境下的曲柄滑块机构运动学建模与仿真 196

7.5 凸轮动力学建模仿真与设计分析 201

7.5.1 凸轮三维设计 201

7.5.2 约束建模 204

7.5.3 数值仿真与设计分析 205

参考文献 208