现代机械动力学及其工程应用 建模、分析、仿真、修改、控制、优化PDF电子书下载

目录 1

序言 1

前言 1

主要符号 1

第1章　机械系统的理论建模 1

1.1　有限单元法的预备知识 1

1.1.1　变分法简介 3

1.1.2　弹性力学基本方程 11

1.1.3　弹性力学能量原理 17

1.1.4　泛函变分问题的近似解法 21

1.2　静态有限元方法概述 23

1.2.1　弹性力学问题静态有限元方程的建立 25

1.2.2　弹性力学静态有限元法基本分析过程 36

1.3　动力学问题的有限单元法 52

1.3.1　单元动力学有限元方程的建立 53

1.3.2　质量矩阵和阻尼矩阵 55

1.3.3　结构整体有限元运动方程的组集 59

1.3.4　动力分析中的常用单元及其选用 61

1.3.5　不同类型单元的组合 63

1.4　集中参数模型 65

1.5　传递矩阵模型及动力分析 68

1.5.1　轴系传递矩阵建模 69

1.5.2　传递矩阵模型的动力分析 71

1.5.3　传动系统传递矩阵建模及动力分析 75

参考文献 80

2.1　动态子结构方法 82

2.1.1　动态子结构方法的产生与发展 82

第2章　机械系统的动力分析 82

2.1.2　子结构划分 85

2.1.3　机械阻抗综合法 87

2.1.4　模态综合法 94

2.2　有限元模型自由度的减缩 112

2.2.1　静态凝聚 113

2.2.2　动态凝聚 115

2.3　离散化结构动力特性的常用 117

算法 117

2.3.1　特征值与特征向量 117

2.3.2　特征值与特征向量的常用 119

算法 119

2.3.3　离散化结构动力响应的求解方法 124

2.4.1　集中参数建模及分析实例 130

2.4　机械结构理论建模及动力分析工程实例 130

2.4.2　卧式镗床主轴系统有限元建模及分析实例 143

2.4.3　凝聚技术的应用实例 147

2.4.4　万能工具铣床子结构有限元建模及动力分析 148

2.4.5　万能工具铣床整机结构动力学模型及分析 155

2.4.6　平面磨床子结构有限元建模及动力分析 157

2.4.7 平面磨床整机结构的动力学模型及动力分析 160

2.4.8　平面磨床磨头系统的动力学模型及动力分析 162

参考文献 165

第3章　机械结构的试验建模及 167

分析 167

3.1　机械结构的模态模型 172

3.1.1　比例阻尼系统的模态模型 172

3.1.2　一般粘性阻尼系统的模态模型 175

3.1.3　具有相关双输入机械结构的模态模型 188

3.2.1　机械结构的动态试验系统的组成和功能 191

3.2　机械结构的动态试验 191

3.2.2　机械结构动态试验中线性定常假设的检验 192

3.2.3　频响函数估计 193

3.2.4　脉冲响应函数估计 196

3.3　模态参数识别 198

3.3.1　多参考点最小二乘复指数法（LSCE） 200

3.3.2　特征系统实现算法（ERA） 201

3.3.3　频域正交多项式法 204

3.4　模型验证 205

3.4.1　频响函数比较 205

3.4.2　模态比例因子（MSF）和模态判定准则（MAC） 206

3.5　模态模型的应用 206

3.5.1　固有特性分析 207

3.5.2　受迫振动分析 207

3.6.1　车床主轴系统试验建模及模态分析 208

3.5.3　结构动力修改 208

3.6　机械结构试验建模及动力分析的工程应用 208

3.6.2　卧式车床运转状态试验建模及模态分析 210

3.6.3　万能工具铣床的试验建模及动力分析 216

3.6.4　平面磨床试验建模及动力 225

分析 225

参考文献 230

第4章　机械结构结合部的建模及参数识别 232

4.1　典型机械结构结合部的刚度和阻尼特性 235

4.1.1　螺栓结合部的刚度和阻尼 235

特性 235

4.1.2　平面联接结合部的刚度和阻尼特性 241

特性 245

4.1.4　滚动导轨的刚度和阻尼 245

特性 245

4.1.3　滑动导轨的刚度和阻尼 245

4.1.5　机床固定锥度结合部的刚度和阻尼特性 248

4.1.6　普通滚动轴承的刚度和阻尼特性 249

4.1.7　高速油膜轴承的刚度和阻尼特性 250

4.2　机械结构结合部刚度和阻尼机理的解释 254

4.3　机械结构结合部等效动力学 255

模型 255

4.4　结合部等效动力学参数识别 261

方法 261

4.4.1　理论计算法 262

4.4.2　试验识别法 266

4.4.3　理论建模与动态试验相结合的识别法 274

4.5.1　万能工具铣床主要结合部参数识别 278

4.5　结合部等效动力学参数识别的工程应用 278

4.5.2　利用传递矩阵法识别机床主轴系统结合部力学参数 285

4.5.3　车床主轴系统结合部参数 291

4.5.4　铣床主轴系统结合部参数 295

识别 295

4.5.5　磨床双层结构主轴系统结合部参数识别 297

4.5.6　镗床三层嵌套结构主轴系统结合部参数的系统识别 299

参考文献 300

第5章　结构动力修改的理论及 301

方法 301

5.1　灵敏度分析 301

5.1.1　特征值及特征向量灵敏度 302

5.1.2　逆特征灵敏度分析 308

5.1.3　基于传递函数的特征值和特征向量灵敏度分析 312

5.1.4　模态能量灵敏度分析 314

5.1.5　反共振频率灵敏度 315

5.2　结构动力修改正问题 317

5.2.1　有阻尼结构的摄动法 318

5.2.2　二次坐标转换法 322

5.2.3　传递函数重分析法 323

5.3　结构动力修改逆问题 324

5.3.1　模型降阶技术 326

5.3.2　结构计算模型与试验模型的相关性 329

5.3.3　结构动力修改方法 332

参考文献 351

6.1　状态空间模型 354

6.1.1　连续系统状态空间模型的 354

建立 354

求解 354

第6章　机械系统状态空间建模及 354

6.1.2　离散系统状态空间模型的 383

建立 383

6.1.3　时变系统和非线性系统状态空间模型的建立 388

6.2　系统的能控性、能观性与稳 391

定性 391

6.2.1　系统的能控性 392

6.2.2　系统的能观性 394

6.2.3　系统的稳定性 395

6.3　机械结构最优控制与动态优化设计的性能指标 398

6.4　系统的求解 399

6.4.1　连续系统状态方程的解 399

6.4.2　连续系统状态方程的数值 403

算法 403

算法 409

6.4.3　计算eAT的缩方与乘方 409

6.4.4　增广矩阵法 411

6.4.5　离散相似的快速算法——图士汀法 414

参考文献 417

第7章　机械系统动态性能的最优 418

控制 418

7.1　最优控制问题的数学模型 419

7.2　最优控制问题的求解方法 425

7.2.1　用变分法求解最优控制 425

问题 425

7.2.2　用极小值原理求解最优控制问题 429

7.3　线性最优控制 437

7.3.1　线性二次型问题的提出 437

7.3.2　状态调节器问题 438

7.3.3　输出调节器问题 447

7.3.4　跟踪器问题 454

7.3.5　线性二次型次优控制 458

7.4　基于模态分析的开环控制方法 463

7.5　机械系统动态性能最优控制应用简介 466

7.5.1　线性二自由度动力减振器的最优控制 466

7.5.2　平面磨床主轴套筒结构动态性能最优控制 468

7.5.3　卧式镗床主轴系统最优控制问题 471

参考文献 473

第8章　机械结构静态优化设计及其 475

工程应用 475

8.1　静态优化设计的基本原理 476

8.1.1　静态优化的数学原理 477

8.1.2　静态优化设计的数学 478

模型 478

性质 480

8.1.3　优化设计数学模型的基本 480

8.1.4　优化设计的数值计算——迭代法及收敛条件 485

8.2　无约束问题最优化方法 487

8.2.1　梯度法 488

8.2.2　共轭梯度法 489

8.2.3　牛顿法 490

8.2.4　变尺度法 491

8.3　约束最优化方法 493

8.3.1　约束优化设计的直接法 494

8.3.2　约束优化设计的间接法 497

8.4　多目标函数优化方法 502

8.4.1　统一目标法 502

8.4.2　主要目标法 503

8.5.1　满应力准则法 504

8.5　优化准则法 504

8.4.3　协调曲线法 504

8.5.2　库恩—塔克准则法 507

8.6　静态优化设计的工程应用实例 513

8.6.1　水轮发电机组结构优化 513

设计 513

8.6.2　机床主轴系统优化设计 531

8.6.3 平面磨床主轴系统优化 533

设计 533

参考文献 535

第9章　机械系统动态优化设计及其 538

工程应用 538

9.1　模态柔度和能量平衡原理的动态优化设计 539

9.1.1　模态柔度 539

9.1.2　能量分布 540

9.1.3　阻尼分配 541

9.1.4　万能工具铣床动态优化 542

设计 542

9.2　变分原理的动态优化设计 562

9.2.1　机械系统动态优化设计的数学模型 563

9.2.2　机械系统的动态优化设计 568

9.2.3　弹性体或机械零部件的动态优化设计 599

9.3　极小值原理的动态优化设计 617

9.3.1　形状优化设计的基本理论 617

9.3.2　静载弹性分布参数系统的优化设计 623

9.3.3　静载分布参数系统优化设计的梯度投影算法 629

9.3.4　动载弹性分布参数系统的优化设计 635

参考文献 648

10.1　机械结构的理论建模及分析 650

中的应用 650

第10章　MATLAB软件在机械动力学 650

10.1.1　偏微分方程有限元建模及求解 651

10.1.2　平面梁单元有限元建模及求解 657

10.2　试验建模及分析 661

10.2.1　激励信号的产生 661

10.2.2　窗函数及其频谱 663

10.2.3　信号的变换 663

10.2.4　滤波器的频谱特性 663

10.2.5　谱估计 667

10.2.6　系统辨识实例 670

10.3　机械系统最优控制 676

10.4　机械结构优化设计 690

参考文献 695

附录　名词或英文缩写词索引 696