具体描述
内容简介
《机械系统虚拟样机技术》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《机械系统虚拟样机技术》介绍机械系统虚拟样机软件的理论基础和实现原理，主要内容包括机械系统仿真分析的数学基础、基于多体系统理论的串联机构和并联机构的运动学和动力学建模与仿真、多学科联合建模与仿真技术及数值算法等。《机械系统虚拟样机技术》适合于作为机械工程及相关领域的高年级本科生和研究生教材，也可供相关领域研究人员阅读和参考。
内页插图
目录
第1章 虚拟样机技术概论1.1 虚拟样机技术
1.2 基于虚拟样机技术的机械产品开发
1.3 虚拟样机软件及工程应用
1.3.1 汽车行业的应用
1.3.2 航空航天中的应用
1.3.3 工程机械的应用
1.3.4 其他应用
1.4 多体系统动力学概述
第2章 数学基础
2.1 矢量
2.1.1 位置矢量
2.1.2 矢量运算
2.1.3 矢量微分和积分
2.2 矩阵基础
2.2.1 线性空间简介
2.2.2 矩阵
2.2.3 矩阵运算
2.2.4 矩阵特征值和特征矢量
2.2.5 矩阵分解
2.3 矢量变换
2.3.1 旋转矩阵
2.3.2 欧拉角
2.3.3 方向余弦
2.3.4 四元数
2.3.5 齐次变换
2.4 刚体运动学分析基础
2.4.1 速度和加速度
2.4.2 虚位移
第3章 机械系统运动学建模与仿真
3.1 约束与自由度
3.1.1 约束
3.1.2 自由度
3.2 约束方程
3.3 系统运动学分析
3.4 开链机构运动学分析
3.4.1 串联机构位姿正解
3.4.2 串联机构位姿逆解
3.4.3 串联机构速度和加速度分析
3.4.4 Jacobi矩阵与奇异构型
3.4.5 串联机构工作空间
3.5 并联机构运动学分析
3.5.1 概述
3.5.2 结构及分类
3.5.3 位置逆解
3.5.4 位置正解
3.5.5 速度分析、Jacobi矩阵及奇异构型
3.5.6 工作空间
3.6 运动学分析的计算机建模
3.6.1 基本约束
3.6.2 运动副约束
3.6.3 驱动约束
3.6.4 运动学分析
第4章 机械系统动力学建模与仿真
4.1 动力学基本参量
4.1.1 线动量
4.1.2 质心
4.1.3 角动量
4.1.4 转动惯量
4.2 刚体动力学基本原理
4.2.1 作用在刚体上的力和力矩
4.2.2 Newton-Euler方程
4.2.3 虚功原理
4.2.4 D'Alembert原理
4.2.5 Lagrange方程
4.2.6 Kane方程
4.3 串联机构动力学分析
4.3.1 开环机构静平衡
4.3.2 动力学逆解
4.3.3 动力学正解
4.4 并联机构动力学分析
4.4.1 闭链机构动力学分析
4.4.2 并联机构静力学
4.4.3 并联机构动力学正解
4.4.4 并联机构动力学逆解
4.5 动力学分析计算机建模
4.5.1 机械系统动力学方程
4.5.2 力元
4.5.3 运动副约束反力
第5章 多学科联合建模与仿真技术
5.1 多领域仿真技术概述
5.2 功率键合图
5.2.1 功率变量
5.2.2 元件
5.2.3 键合图绘制
5.2.4 因果关系
5.2.5 系统建模
5.2.6 多体系统键合图建模简介
5.2.7 键合图建模综述
5.3 线性图建模
5.3.1 线性图基础
5.3.2 物理系统线性图建模
5.3.3 线性图建模实例
5.4 多领域仿真的计算机实现
5.5 多领域仿真技术的未来
第6章 数值算法
6.1 非线性方程和方程组的数值解法
6.1.1 迭代法一般概念
6.1.2 非线性方程数值解法
6.1.3 非线性方程组的不动点迭代法
6.2 线性方程组数值解法
6.2.1 线性方程组的直接解法
6.2.2 线性方程组的迭代法
6.3 常微分方程数值方法
6.3.1 Taylor级数
6.3.2 有限差分方法
6.3.3 一阶Euler方法
6.3.4 数值算法的稳定和收敛
6.3.5 Runge-Kutta方法
6.3.6 线性多步法
6.3.7 高阶常微分方程的数值解法
6.3.8 一阶常微分方程组的数值解法
6.3.9 常微分方程数值计算中的刚性
6.4 微分代数方程数值方法
6.4.1 DAE方程及其指标
6.4.2 DAE指标缩降方法
6.4.3 DAE方程稳定化技术
6.4.4 DAE直接离散方法
第7章 虚拟样机软件简介
7.1 德国INTEC公司SIMPACK
7.1.1 SIMPACK仿真技术特点与应用
7.1.2 SIMPACK模块及其应用
7.1.3 系统建模与仿真
7.2 美国MSC公司ADAMS
7.2.1 几何建模
7.2.2 约束
7.2.3 载荷
7.2.4 仿真
7.2.5 后处理
7.2.6 其他功能
参考文献
精彩书摘
物体在空间中的任何运动都可以看做移动（17ranslation）和转动（Rotation）的叠加。在刚体动力学中，使用随刚体运动的连体系（Body-Fixed Coordinate System）在参考坐标系或惯性系中的位置和方向来描述刚体的位姿。刚体的运动学参量如位置、方向、速度、加速度、角速度和角加速度等以及动力学特性如力、力矩、惯性张量和机械能等完全使用刚体的位姿来描述。结构动力学是刚体动力学在变形体上的离散化应用，尽管在处理柔性体时会采用一些适合于柔性体特点的专门方法和技术，如使用浮动坐标系（Floating Coordinate System）描述柔性体的变形，但其数学建模的理论基础仍然采用刚体位姿描述方法。描述连体系相对参考系的位姿及其变化需要借助矢量、矩阵及Euler角等数学工具。矢量是描述连体系空间位置最直接的方法。相对来说，描述连体系的方向更加复杂，所使用的方法包括旋转矩阵、Euler角、Rodrigus参数以及四元数等。
本章简要介绍在多体系统运动学和动力学分析中经常使用的数学工具，包括矢量代数、旋转矩阵、Euler角、Rodrigus参数和四元数等。坐标系方向的描述在运动学和动力学分析中较为复杂，因此坐标系方向描述是本章的重点内容。
……
前言/序言
面对21世纪高新技术应用、信息化和全球经济一体化所带来的异常激烈的竞争，面对有限的资源和日益增长的环保压力的挑战，人类对上至太空、下至海洋、大到巨型系统、小到微观领域进行着不懈的探索，而机械系统在其中发挥着不可或缺的作用。为满足高技术应用的要求，机械系统在其复杂性、精度、可靠性以及使用寿命等方面呈现出越来越高的发展趋势。复杂机械系统是指功能复杂、系统组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂和项目管理复杂的一类机械产品。复杂机械系统由多个子系统组成，各个子系统之间存在着错综复杂的非线性相互作用。复杂机械产品的优化设计过程已经从传统的面向零部件、单一工艺、单一学科的局部优化发展到面向整体的多学科全面优化，传统的机械系统优化设计技术已难以满足这种要求。作为一门新技术，虚拟样机技术（Virtual Prototype Technology）为复杂机械系统的优化设计提供了一种动态仿真分析工具。
虚拟样机技术以多体系统动力学（Dynamics of Multi body System）为核心，将分散零部件的几何设计和多种分析技术，如有限元分析（Finite Element Analysis）、多领域（Multi-Domain）仿真技术等有机结合在一起，在计算机上建造机械产品的整体模型，并针对多种可能的工况和不同的设计方案进行分析，评估机械系统性能，进行机械系统优化设计，为物理样机的设计和制造提供依据。
20世纪80年代，国际上已系统地提出机械系统动态仿真技术或虚拟样机技术。经过数十年的研究和发展，虚拟样机技术理论渐趋成熟，并有相当数量的软件完成了商业化开发。我国进行虚拟样机技术的研究稍晚于国外，但也取得了斐然的成就。
近年来，虚拟样机技术在机械产品设计和开发中获得了广泛应用。针对这种情况，为了解虚拟样机技术的理论基础和技术，掌握虚拟样机软件的使用方法，为我国培养机械系统仿真和分析的高级专业人才，在高等院校机械工程相关专业开设虚拟样机技术的课程已势在必行。
虚拟样机技术具有学科综合的特点，它涉及多体系统动力学、控制理论、有限元分析、计算机图形学和数值计算等多种知识，是集机械、液压、控制及有限元等技术于一体的多学科交叉的边缘学科和技术，和传统独立的CAD和FEA等技术相比，涉及专业面宽、覆盖领域广。使用者不仅要具有一般的多体系统动力学、控制论等专业基础理论知识，同时还要具有一定的工程专业背景。只有具备这两者才能真正理解和使用这门技术以解决工程问题。只有在了解虚拟样机技术理论知识的基础上，才有可能深入了解并熟练应用虚拟样机软件。
虚拟样机技术作为一门新技术，目前与之相关的教材或专著还为数不多。在已有教材中，多数着重于软件本身的操作，仅简单列举了相关的机械系统动力学方程，这种情况不利于虚拟样机技术的推广与深入应用。对虚拟样机技术的理论基础，特别是多体系统动力学具有初步认识，并能较深入地掌握某种软件的应用，显然会为以后进一步深入学习和掌握这门技术奠定良好的基础。
用户评价
合上书，我并没有急于放下，而是习惯性地翻到了最后的“附录”部分。我曾以为，附录往往是一些补充性的、不太重要的内容，比如一些常用公式的汇总，或者一些数据表格。然而，这本书的附录却让我大吃一惊。它里面竟然包含了一些“常用仿真软件操作技巧”和“典型机械系统虚拟样机案例分析”。我本来以为这是一本偏重理论的书，但这个附录却展现了它极强的实践导向性。我立刻联想到，那些在实际工作中，需要处理各种复杂机械系统的人们，会多么需要这样一份详尽的实用指南。也许，书中提到的“机械系统虚拟样机技术”本身就充满了复杂的实践操作，而这些附录，就是为了帮助读者能够真正地将理论知识转化为实际应用。我开始想象，那些案例分析，会不会是作者从真实的工程项目中提取出来，经过精心的梳理和总结，为读者提供了一个清晰的学习路径？那些操作技巧，会不会是一些鲜为人知但又极其有效的“秘籍”，能够帮助读者事半功倍地掌握相关软件？这让我对这本书的实用价值有了更高的评价，它不仅仅是知识的传递，更是能力的培养，是对读者实际工作能力的直接提升。
评分我注意到书的语言风格，在某些技术性很强的章节，用词严谨，句式结构复杂，充满了专业的术语；但在一些介绍背景或者总结的段落，语言又相对流畅，易于理解。我开始思考，作者是如何在这种严谨与通俗之间找到平衡的？是不是作者在写作时，时刻想着读者的感受，力求在保证技术准确性的前提下，尽量减少读者的阅读障碍？我甚至能想象到，作者在修改稿件时，会反复斟酌每一个词语，每一个句子，力求让表达更加精准，更加生动。他一定深知，枯燥的技术术语，如果不能用恰当的方式呈现，就会让读者望而却步。因此，他可能在其中穿插了一些形象的比喻，或者一些贴近实际的例子，来帮助读者更好地消化那些抽象的概念。这种语言上的精雕细琢，让我觉得这本书不仅仅是一本技术手册，更是一部充满匠心的作品。
评分我注意到书中偶尔会引用一些历史性的技术案例，比如早期的飞机设计或者汽车的早期研发过程。我开始思考，作者为何要在介绍“机械系统虚拟样机技术”时，提及这些相对“古老”的技术？是希望通过历史的对比，来凸显这项技术的重要性？还是想通过回顾历史，让读者更深刻地理解这项技术的发展脉络？我甚至能想象到，作者在收集这些历史资料时，一定查阅了大量的工程史料和技术文献，去挖掘那些隐藏在历史深处的宝贵经验。他可能在其中看到了，在没有虚拟样机技术之前，工程师们是如何依靠大量的物理样机和反复试验来解决问题，而这项技术的出现，又为工程设计带来了怎样的革命。这让我觉得，这本书不仅仅是技术的介绍，更是一次关于工程设计理念的演变史的梳理。
评分我注意到书中的插图，起初以为它们只是为了美观而存在的装饰品，但随着阅读的深入，我发现它们远不止于此。其中一些图，比如某个复杂机械结构的剖视图，清晰地展示了内部的零件组成和运动关系；还有一些图，则通过三维模型，直观地呈现了不同工况下的应力分布和形变趋势。我开始思考，这些精心绘制的插图，是如何帮助读者理解那些抽象的技术概念的？是不是作者在撰写过程中，就将视觉化表达放在了极其重要的位置？我仿佛看到了作者在电脑前，一丝不苟地调整模型的角度，精确地标注每一个尺寸，仔细地选择每一个颜色，只为了让读者能够最直观、最清晰地理解“机械系统虚拟样机技术”的奥秘。我甚至能想象到，如果我在实际工作中遇到类似的问题，看到书中的图，就能立刻找到解决问题的思路。这些插图，不仅仅是辅助理解，它们本身就是一种“技术语言”，用最直观的方式，传达了最核心的信息。这让我觉得，这本书在教学设计上，是极其用心的，它充分考虑到了读者的学习习惯和认知过程。
评分翻到书的封底，通常是一些简短的宣传语，告诉读者这本书的价值所在。我倒是没太在意那些宏大的字眼，倒是被一串不起眼的“参考文献”给吸引了。看着密密麻麻的文献列表，我脑袋里瞬间冒出了无数个问号。这些参考文献，绝大多数都是我从未听说过的国际顶级期刊和会议论文，一些论文的题目，比如“基于GPU加速的非线性多体动力学仿真算法研究”、“自适应网格细分技术在有限元分析中的应用”，光是读起来都觉得充满了挑战。我开始思考，作者是如何从如此浩瀚的学术海洋中，提炼出这本书所要阐述的“机械系统虚拟样机技术”的？这背后一定蕴含着极其深厚的理论功底和广泛的学术视野。我想象着作者在图书馆的角落里，夜以继日地阅读、分析、整合，将那些晦涩难懂的学术概念，转化为易于理解的文字和图示。是不是每一章，每一节，都凝聚了他无数次的学术探讨和思想碰撞？那些参考文献，不只是简单的引用，更像是作者坚实的理论基石，是他对前人研究成果的致敬，也是他在此基础上进行创新的证明。我开始对这本书的深度和广度有了更深的期待，或许它不仅仅是技术的介绍，更是一次系统性的学术梳理和理论升华。
评分在阅读过程中，我发现书的章节划分非常清晰，每个章节都有明确的主题和目标。我注意到一个有趣的现象，有些章节的标题，比如“基于有限元分析的结构强度校核”或者“多体动力学仿真在车辆悬架设计中的应用”，都直接指向了具体的工程应用场景。这让我开始思考，作者是如何将“机械系统虚拟样机技术”这个宏大的概念，分解成一个个可管理、可学习的模块的？是不是作者在内容组织上，遵循了从宏观到微观，从理论到实践的逻辑？我甚至能想象到，作者在构思这本书的框架时，一定反复推敲，力求做到条理清晰，逻辑严谨。他一定深知，对于一个复杂的技术领域，清晰的结构是帮助读者建立完整知识体系的关键。这让我觉得，这本书的结构设计，本身就是一种“技术”，一种将复杂知识系统化的“技术”。我更加期待，在清晰的框架下，能够深入地理解“机械系统虚拟样机技术”的每一个层面。
评分在阅读过程中，我无意中翻到书的扉页，上面印着“第三版”的字样。这让我立刻联想到，这本书一定经过了多次的修订和完善。我开始好奇，是什么样的原因，促使作者不断地对这本书进行更新迭代？是不是随着“机械系统虚拟样机技术”的发展，书中原有的内容已经不再完全适用？我甚至能想象到，作者在接到读者的反馈，或者发现新的技术进展时，会立刻着手进行修订，力求将最前沿、最准确的知识呈现给读者。每一次修订，都意味着一次知识的更新，一次理论的升华，也意味着作者对读者负责的态度。这让我对这本书的权威性和可靠性有了极高的信任度。我意识到，一本能够经历多次修订的书，一定蕴含着作者持续的投入和对学术的敬畏。
评分这本书的扉页上有个不起眼的角落，标着“致谢”二字，我一向不喜欢在正文之外的地方浪费时间，但那天午后，阳光正好，我无意中瞥见，便鬼使神差地翻了过去。映入眼帘的是一连串陌生的名字，有“主任工程师”、“项目经理”、“资深研发人员”，还有一些听都没听过的缩略语代表的机构。我本以为会看到一些技术团队的内部笑话或者共同克服困难的感人故事，然而，我看到的却是一份份严谨到近乎冰冷的感谢。他们感谢的不是某个人的灵感迸发，而是“在XX项目关键节点上提供的及时技术支持”，是“针对YY模型算法进行的高效优化”，甚至是“对ZZ仿真平台的稳定性和效率进行了持续的监测与调优”。这让我对这本书的内容产生了极大的好奇，那些在幕后默默付出的技术人员，他们是如何用自己的专业知识，一点一滴地构建出这本书中所提及的“机械系统虚拟样机技术”的？是怎样的精益求精，才能让他们在看似枯燥的数字和代码背后，实现如此复杂而精密的工程目标？我开始想象，是不是每一行代码，每一个算法，都凝聚了他们无数个不眠之夜，无数次的尝试与失败？那些名字，那些机构，仿佛成了一个个巨大的齿轮，在无形中推动着整个技术的发展，而这本书，或许就是他们最直接的成果展示。我迫不及待地想要深入其中，去探寻这份“机械系统虚拟样机技术”背后，隐藏的无数故事与智慧。
评分我留意到书中提到了许多相关的软件名称，比如ANSYS, Abaqus, MATLAB/Simulink等等。我本身对这些软件并不熟悉，但从书中对它们的使用场景和功能介绍来看，我能感受到这些软件在“机械系统虚拟样机技术”中的重要地位。我开始好奇，这本书的作者，是否对这些软件有着深入的研究和实践经验？他们是如何将这些复杂的软件操作，融入到“机械系统虚拟样机技术”的讲解中的？我甚至能想象到，作者在撰写这些内容时，一定是在实际操作这些软件，反复验证每一个步骤，每一个参数的设置。他可能在电脑屏幕前，一遍遍地重复着软件的界面和操作流程，只为了让读者能够更清晰地理解如何运用这些工具。这让我觉得，这本书不仅仅是理论知识的讲解，更是一种技能的传授，是对读者实际操作能力的培养。
评分我发现书的目录中，有一些章节的标题非常吸引人，比如“虚拟样机在故障诊断与预测中的应用”或者“面向快速迭代开发的虚拟样机流程”。我立刻联想到，这些章节的内容，可能蕴含着一些非常实用的工程解决方案。我开始好奇，作者是如何将“机械系统虚拟样机技术”与实际的工程问题联系起来的？他们是如何通过虚拟样机，来解决现实世界中遇到的各种挑战的？我甚至能想象到，作者在撰写这些章节时，一定是从实际的工程案例出发，去思考如何运用虚拟样机技术来解决问题。他可能在其中分享了一些独到的见解和创新的思路，为读者提供了解决工程难题的有效途径。这让我觉得，这本书不仅仅是知识的传播，更是一种智慧的启迪，一种解决工程问题的能力提升。
评分好书值得阅读！！！！
评分一点没概念，买来装B的。
评分好书值得阅读！！！！
评分好书值得阅读！！！！
评分好书值得阅读！！！！
评分学习虚拟样机的入门教材
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评分内容很详实，编写很认真，适合专业人士。
评分这本书叫机械系统虚拟样机技术是:.360.郑相周1.郑相周，:.360.唐国元1.唐国元写的最经典的作品之一。很多人都推荐的，比如主要讲得是关于机械系统虚拟样机技术为普通高等教育十一五国家级规划教材。机械系统虚拟样机技术介绍机械系统虚拟样机软件的理论基础和实现原理，主要内容包括机械系统仿真分析的数学基础、基于多体系统理论的串联机构和并联机构的运动学和动力学建模与仿真、多学科联合建模与仿真技术及数值算法等。机械系统虚拟样机技术适合于作为机械工程及相关领域的高年级本科生和研究生教材，也可供相关领域研究人员阅读和参考。面对21世纪高新技术应用、信息化和全球经济一体化所带来的异常激烈的竞争，面对有限的资源和日益增长的环保压力的挑战，人类对上至太空、下至海洋、大到巨型系统、小到微观领域进行着不懈的探索，而机械系统在其中发挥着不可或缺的作用。为满足高技术应用的要求，机械系统在其复杂性、精度、可靠性以及使用寿命等方面呈现出越来越高的发展趋势。复杂机械系统是指功能复杂、系统组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂和项目管理复杂的一类机械产品。复杂机械系统由多个子系统组成，各个子系统之间存在着错综复杂的非线性相互作用。复杂机械产品的优化设计过程已经从传统的面向零部件、单一工艺、单一学科的局部优化发展到面向整体的多学科全面优化，传统的机械系统优化设计技术已难以满足这种要求。作为一门新技术，虚拟样机技术（）为复杂机械系统的优化设计提供了一种动态仿真分析工具。虚拟样机技术以多体系统动力学（）为核心，将分散零部件的几何设计和多种分析技术，如有限元分析（）、多领域（-）仿真技术等有机结合在一起，在计算机上建造机械产品的整体模型，并针对多种可能的工况和不同的设计方案进行分析，评估机械系统性能，进行机械系统优化设计，为物理样机的设计和制造提供依据。20世纪80年代，国际上已系统地提出机械系统动态仿真技术或虚拟样机技术。经过数十年的研究和发展，虚拟样机技术理论渐趋成熟，并有相当数量的软件完成了商业化开发。我国进行虚拟样机技术的研究稍晚于国外，但也取得了斐然的成就。近年来，虚拟样机技术在机械产品设计和开发中获得了广泛应用。针对这种情况，为了解虚拟样机技术的理论基础和技术，掌握虚拟样机软件的使用方法，为我国培养机械系统仿真和分析的高级专业人才，在高等院校机械工程相关专业开设虚拟样机技术的课程已势在必行。虚拟样机技术具有学科综合的特点，它涉及多体系统动力学、控制理论、有限元分析、计算机图形学和数值计算等多种知识，是集机械、液压、控制及有限元等技术于一体的多学科交叉的边缘学科和技术，和传统独立的和等技术相比
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