基本信息
作 者：鄭相周，唐國元 著叢 書 名：普通高等教育“十一五”國家級規劃教材·高等學校機械工程及自動化機
內容簡介
《機械系統虛擬樣機技術》為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。《機械系統虛擬樣機技術》介紹機械系統虛擬樣機軟體的理論基礎和實現原理，主要內容包括機械系統仿真分析的數學基礎、基於多體系統理論的串在線上構和並在線上構的運動學和動力學建模與仿真、多學科聯合建模與仿真技術及數值算法等。
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產品開發
1.3 虛擬樣機軟體及工程套用
1.3.1 汽車行業的套用
1.3.2 航空航天中的套用
1.3.3 工程機械的套用
1.3.4 其他套用
1.4 多體系統動力學概述
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 線性空間簡介
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 旋轉矩陣
2.3.2 歐拉角
2.3.3 方向餘弦
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 機械系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 系統運動學分析
3.4 開鏈機構運動學分析
3.4.1 串在線上構位姿正解
3.4.2 串在線上構位姿逆解
3.4.3 串在線上構速度和加速度分析
3.4.4 Jacobi矩陣與奇異構型
3.4.5 串在線上構工作空間
3.5 並在線上構運動學分析
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 機械系統動力學建模與仿真
4.1 動力學基本參量
4.1.1 線動量
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 串在線上構動力學分析
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 並在線上構動力學分析
4.4.1 閉鏈機構動力學分析
4.4.2 並在線上構靜力學
4.4.3 並在線上構動力學正解
4.4.4 並在線上構動力學逆解
4.5 動力學分析計算機建模
4.5.1 機械系統動力學方程
4.5.2 力元
4.5.3 運動副約束反力
第5章 多學科聯合建模與仿真技術
5.1 多領域仿真技術概述
5.2 功率鍵合圖
5.2.1 功率變數
5.2.2 元件
5.2.3 鍵合圖繪製
5.2.4 因果關係
5.2.5 系統建模
5.2.6 多體系統鍵合圖建模簡介
5.2.7 鍵合圖建模綜述
5.3 線性圖建模
5.3.1 線性圖基礎
5.3.2 物理系統線性圖建模
5.3.3 線性圖建模實例
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 非線性方程和方程組的數值解法
6.1.1 疊代法一般概念
6.1.2 非線性方程數值解法
6.1.3 非線性方程組的不動點疊代法
6.2 線性方程組數值解法
6.2.1 線性方程組的直接解法
6.2.2 線性方程組的疊代法
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 線性多步法
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 虛擬樣機軟體簡介
7.1 德國INTEC公司SIMPACK
7.1.1 SIMPACK仿真技術特點與套用
7.1.2 SIMPACK模組及其套用
7.1.3 系統建模與仿真
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
前言
面對21世紀高新技術套用、信息化和全球經濟一體化所帶來的異常激烈的競爭，面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、大到巨型系統、小到微觀領域進行著不懈的探索，而機械系統在其中發揮著不可或缺的作用。為滿足高技術套用的要求，機械系統在其複雜性、精度、可靠性以及使用壽命等方面呈現出越來越高的發展趨勢。
複雜機械系統是指功能複雜、系統組成複雜、產品技術複雜、製造過程複雜和項目管理複雜的一類機械產品。複雜機械系統由多個子系統組成，各個子系統之間存在著錯綜複雜的非線性相互作用。複雜機械產品的最佳化設計過程已經從傳統的面向零部件、單一工藝、單一學科的局部最佳化發展到面向整體的多學科全面最佳化，傳統的機械系統最佳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）為複雜機械系統的最佳化設計提供了一種動態仿真分析工具。
