机械系统虚拟样机技术PDF电子书下载

第1章 虚拟样机技术概论 1

1.1 虚拟样机技术 1

1.2 基于虚拟样机技术的机械产品开发 2

1.3 虚拟样机软件及工程应用 3

1.3.1 汽车行业的应用 3

1.3.2 航空航天中的应用 4

1.3.3 工程机械的应用 4

1.3.4 其他应用 4

1.4 多体系统动力学概述 6

第2章 数学基础 10

2.1 矢量 10

2.1.1 位置矢量 10

2.1.2 矢量运算 11

2.1.3 矢量微分和积分 14

2.2 矩阵基础 14

2.2.1 线性空间简介 14

2.2.2 矩阵 17

2.2.3 矩阵运算 19

2.2.4 矩阵特征值和特征矢量 22

2.2.5 矩阵分解 24

2.3 矢量变换 39

2.3.1 旋转矩阵 40

2.3.2 欧拉角 43

2.3.3 方向余弦 43

2.3.4 四元数 45

2.3.5 齐次变换 46

2.4 刚体运动学分析基础 47

2.4.1 速度和加速度 48

2.4.2 虚位移 51

第3章 机械系统运动学建模与仿真 53

3.1 约束与自由度 53

3.1.1 约束 53

3.1.2 自由度 54

3.2 约束方程 55

3.3 系统运动学分析 56

3.4 开链机构运动学分析 58

3.4.1 串联机构位姿正解 59

3.4.2 串联机构位姿逆解 66

3.4.3 串联机构速度和加速度分析 70

3.4.4 Jacobi矩阵与奇异构型 78

3.4.5 串联机构工作空间 83

3.5 并联机构运动学分析 84

3.5.1 概述 85

3.5.2 结构及分类 87

3.5.3 位置逆解 89

3.5.4 位置正解 92

3.5.5 速度分析、Jacobi矩阵及奇异构型 103

3.5.6 工作空间 114

3.6 运动学分析的计算机建模 118

3.6.1 基本约束 119

3.6.2 运动副约束 121

3.6.3 驱动约束 131

3.6.4 运动学分析 132

第4章 机械系统动力学建模与仿真 141

4.1 动力学基本参量 142

4.1.1 线动量 143

4.1.2 质心 143

4.1.3 角动量 144

4.1.4 转动惯量 145

4.2 刚体动力学基本原理 152

4.2.1 作用在刚体上的力和力矩 154

4.2.2 Newton-Euler方程 155

4.2.3 虚功原理 164

4.2.4 D'Alembert原理 165

4.2.5 Lagrange方程 177

4.2.6 Kane方程 189

4.3 串联机构动力学分析 194

4.3.1 开环机构静平衡 195

4.3.2 动力学逆解 200

4.3.3 动力学正解 207

4.4 并联机构动力学分析 215

4.4.1 闭链机构动力学分析 216

4.4.2 并联机构静力学 221

4.4.3 并联机构动力学正解 228

4.4.4 并联机构动力学逆解 235

4.5 动力学分析计算机建模 245

4.5.1 机械系统动力学方程 245

4.5.2 力元 252

4.5.3 运动副约束反力 261

第5章 多学科联合建模与仿真技术 265

5.1 多领域仿真技术概述 266

5.2 功率键合图 269

5.2.1 功率变量 270

5.2.2 元件 271

5.2.3 键合图绘制 277

5.2.4 因果关系 281

5.2.5 系统建模 283

5.2.6 多体系统键合图建模简介 287

5.2.7 键合图建模综述 296

5.3 线性图建模 297

5.3.1 线性图基础 297

5.3.2 物理系统线性图建模 301

5.3.3 线性图建模实例 306

5.4 多领域仿真的计算机实现 312

5.5 多领域仿真技术的未来 313

第6章 数值算法 316

6.1 非线性方程和方程组的数值解法 316

6.1.1 迭代法一般概念 316

6.1.2 非线性方程数值解法 317

6.1.3 非线性方程组的不动点迭代法 323

6.2 线性方程组数值解法 325

6.2.1 线性方程组的直接解法 325

6.2.2 线性方程组的迭代法 332

6.3 常微分方程数值方法 336

6.3.1 Taylor级数 337

6.3.2 有限差分方法 338

6.3.3 一阶Euler方法 340

6.3.4 数值算法的稳定和收敛 341

6.3.5 Runge-Kutta方法 344

6.3.6 线性多步法 348

6.3.7 高阶常微分方程的数值解法 352

6.3.8 一阶常微分方程组的数值解法 353

6.3.9 常微分方程数值计算中的刚性 353

6.4 微分代数方程数值方法 357

6.4.1 DAE方程及其指标 357

6.4.2 DAE指标缩降方法 362

6.4.3 DAE方程稳定化技术 368

6.4.4 DAE直接离散方法 370

第7章 虚拟样机软件简介 374

7.1 德国INTEC公司SIMPACK 374

7.1.1 SIMPACK仿真技术特点与应用 376

7.1.2 SIMPACK模块及其应用 377

7.1.3 系统建模与仿真 380

7.2 美国MSC公司ADAMS 381

7.2.1 几何建模 383

7.2.2 约束 383

7.2.3 载荷 384

7.2.4 仿真 384

7.2.5 后处理 385

7.2.6 其他功能 385

参考文献 388