多體系統(tǒng)傳遞矩陣法及其應(yīng)用

前言

兵器、航空、航天、車輛、機(jī)器人、精密機(jī)械等領(lǐng)域的大量機(jī)械系統(tǒng)可被視為由若干個(gè)剛體和柔體鉸接而成的多體系統(tǒng)，近40年發(fā)展迅速的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究提供了強(qiáng)有力手段?，F(xiàn)行風(fēng)格迥異的各種多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法有如下共同特征：必須建立系統(tǒng)的總體動(dòng)力學(xué)方程，復(fù)雜系統(tǒng)總體動(dòng)力學(xué)方程涉及的矩陣階次高而使計(jì)算工作量大。經(jīng)典傳遞矩陣法為解決一維線性系統(tǒng)彈性結(jié)構(gòu)力學(xué)問題提供了簡(jiǎn)捷有效的方法，但它不能解決線性多剛?cè)狍w系統(tǒng)振動(dòng)特性和一般多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題。剛?cè)釀?dòng)力耦合作用使線性多體系統(tǒng)特征值問題非自共軛，特征矢量不具有通常意義下的正交性，多體系統(tǒng)特征矢量的正交性是目前用經(jīng)典模態(tài)方法精確分析線性多體系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的急需。針對(duì)上述這些國內(nèi)外機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特別是大量工程問題亟須解決的難題，芮筱亭教授及其合作者在《多體系統(tǒng)傳遞矩陣法及其應(yīng)用》專著中，創(chuàng)造性地將傳遞矩陣法與現(xiàn)代計(jì)算方法相結(jié)合，建立了多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的新方法——多體系統(tǒng)傳遞矩陣法。該方法具有無需建立系統(tǒng)總體動(dòng)力學(xué)方程、程式化程度高、系統(tǒng)矩陣階次低、計(jì)算效率高等優(yōu)點(diǎn)。該書是作者多年研究成果的結(jié)晶，首次建立了多體系統(tǒng)傳遞矩陣法概念和理論體系，取得了多項(xiàng)創(chuàng)造性的研究成果。包括系統(tǒng)闡述了作者建立的線性多體系統(tǒng)傳遞矩陣法、線性受控多體系統(tǒng)傳遞矩陣法、多維系統(tǒng)傳遞矩陣法，解決了多剛?cè)狍w系統(tǒng)特征值快速計(jì)算問題，大幅提高了計(jì)算效率；提出了多體系統(tǒng)增廣特征矢量和增廣算子的概念，首次構(gòu)造了多剛?cè)狍w系統(tǒng)增廣特征矢量的正交性，用模態(tài)方法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜多體系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的精確分析；建立了多剛體系統(tǒng)離散時(shí)問傳遞矩陣法、多剛?cè)狍w系統(tǒng)離散時(shí)間傳遞矩陣法、受控多體系統(tǒng)離散時(shí)間傳遞矩陣法、多體系統(tǒng)傳遞矩陣法與其他力學(xué)方法的混合方法，實(shí)現(xiàn)了用多體系統(tǒng)傳遞矩陣法對(duì)復(fù)雜多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的快速分析；被廣泛用于多管火箭、自行火炮及艦炮等世界各軍事強(qiáng)國亟須解決的重大工程難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)代工程大型復(fù)雜多體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的快速分析和預(yù)測(cè)；在國際上率先獲得了嚴(yán)格的用非滿管射擊替代滿管齊射的多管火箭試驗(yàn)技術(shù)，并被直接驗(yàn)證大大優(yōu)于俄羅斯等國的多管火箭試驗(yàn)技術(shù)；大幅度提高了國家高新工程項(xiàng)目多管火箭的射擊密集度；產(chǎn)生了重大經(jīng)濟(jì)效益，表明了多體系統(tǒng)傳遞矩陣法的強(qiáng)大功能和廣闊的應(yīng)用前景。

內(nèi)容概要

本書首次全面系統(tǒng)地介紹了高度程式化的多體系統(tǒng)傳遞矩陣法，包括作者創(chuàng)立的線性多體系統(tǒng)傳遞矩陣法和一般多體系統(tǒng)離散時(shí)間傳遞矩陣法及其在重大工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，為多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究提供了全新的方法和手段。線性多體系統(tǒng)傳遞矩陣法，給出了各種傳遞矩陣的推導(dǎo)方法，提出了線性多體系統(tǒng)的體動(dòng)力學(xué)方程、增廣算子、增廣特征矢量新概念，解決了復(fù)雜多剛?cè)狍w系統(tǒng)固有振動(dòng)特性計(jì)算問題，證明了復(fù)雜多剛?cè)狍w系統(tǒng)增廣特征矢量正交性，實(shí)現(xiàn)了用模態(tài)分析方法對(duì)復(fù)雜多剛?cè)狍w系統(tǒng)動(dòng)力。向應(yīng)的精確分析。多體系統(tǒng)離散時(shí)間傳遞矩陣法及多體系統(tǒng)傳遞矩陣法與其他動(dòng)力學(xué)方法的混合方法，應(yīng)用多體系統(tǒng)傳遞矩陣法解決多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、多剛?cè)狍w系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和受控多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題。本書介紹了用多體系統(tǒng)傳遞矩陣法解決多管火箭發(fā)射動(dòng)力學(xué)、自行火炮發(fā)射動(dòng)力學(xué)和艦炮發(fā)射動(dòng)力學(xué)等當(dāng)今國際兵器科學(xué)熱點(diǎn)問題的幾項(xiàng)重大成果，建立的若干新理論、新技術(shù)經(jīng)大量實(shí)踐檢驗(yàn)證明對(duì)解決工程實(shí)際問題行之有效，例如，減少多管火箭試驗(yàn)用彈量新技術(shù)使多項(xiàng)國家高新工程項(xiàng)目多管火箭密集度試驗(yàn)用彈量比常規(guī)試驗(yàn)方法分別減少了50％～86％，提高武器密集度新技術(shù)大幅提高了多項(xiàng)國家高新工程項(xiàng)目多管火箭和自行火炮射擊密集度；建立了各種力學(xué)元件和受控元件的傳遞矩陣庫，包括線性多體系統(tǒng)傳遞矩陣庫和一般多體系統(tǒng)離散時(shí)間傳遞矩陣庫。利用本書傳遞矩陣庫提供的各種力學(xué)元件和受控元件的傳遞矩陣，可方便地拼裝各種多體系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無需系統(tǒng)總體動(dòng)力學(xué)方程即可進(jìn)行復(fù)雜多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模和快速計(jì)算?！　”緯勺鳛闄C(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)師生和科研人員的參考書，還可作為兵器專業(yè)研究生的教材。本書對(duì)從事兵器、航空、航天、車輛、機(jī)器人研究和工程技術(shù)應(yīng)用的科技人員具有重要參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

芮筱亭，博士，南京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、力學(xué)學(xué)科首席學(xué)科帶頭人，江蘇省中青年首席科學(xué)家、有突出貢獻(xiàn)的中青年專家、發(fā)射動(dòng)力學(xué)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人，總裝備部科技委兼職委員、專業(yè)組副組長(zhǎng)、國防科技圖書出版基金評(píng)審委員會(huì)委員，中國兵工學(xué)會(huì)應(yīng)用力學(xué)學(xué)會(huì)副主任，歐洲力學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員，國防科技工業(yè)“511”才、百名優(yōu)秀博士學(xué)位獲得者，享受國務(wù)院政府特殊津貼。長(zhǎng)期從事發(fā)射動(dòng)力學(xué)和多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的科研和教學(xué)工作，作為項(xiàng)目組組長(zhǎng)，主持完成國家和部委級(jí)重點(diǎn)科研項(xiàng)目20多項(xiàng)，獲國家和省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)20多項(xiàng)，獲科技圖書出版基金資助出版學(xué)術(shù)著作4部，在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文168篇，SCI、EI、ISTP收錄68篇，獲第七屆中國圖書獎(jiǎng)、解放軍圖書獎(jiǎng)、江蘇省優(yōu)秀圖書一等獎(jiǎng)等圖書和論文獎(jiǎng)30多項(xiàng)，國家發(fā)明專利14項(xiàng)，培養(yǎng)國內(nèi)外博士后、博士研究生30多名。在世界級(jí)刊物Multibody，System Dynamics上發(fā)表的系列論文被評(píng)價(jià)為“具有原始創(chuàng)新性”，并被該刊邀請(qǐng)為Special Issue副主編。應(yīng)國際理論與應(yīng)用力學(xué)聯(lián)合會(huì)主席Werner Schiehlen教授、Wittenburg方法的創(chuàng)立者．Jens Wittenburg教授、德國力學(xué)學(xué)會(huì)主席Erwin Stein教授、Stuttgatt大學(xué)工程與計(jì)算力學(xué)研究所所長(zhǎng)Peter Eberhard教授、Hannover大學(xué)機(jī)器人研究所所長(zhǎng)Bodo Heimann教授、Cottbus工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)與汽車動(dòng)力學(xué)研究所所長(zhǎng)I）ieter．Bestle教授、Mach彈道研究所所長(zhǎng)Klaus’Fhoma教授、Hamburg—Harburg工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)Edwin Kreuzer教授等10多位著名力學(xué)家邀請(qǐng)，由德國科學(xué)基金委員會(huì)（DFG）重大項(xiàng)目資助，分別作為Stuttgart大學(xué)、Karlsruhe大學(xué)、Hannover。大學(xué)、Cottbus工業(yè)大學(xué)、Mach彈道研究所、Hamburg-Harburg工業(yè)大學(xué)客座教授，在歐洲14所大學(xué)和研究所作了30多場(chǎng)特邀學(xué)術(shù)報(bào)告。作為國際理論與應(yīng)用力學(xué)學(xué)會(huì)主辦“IUIAM Symposium on Multiscale Problems in Multibody System Contacts 2006”學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)委員會(huì)亞洲區(qū)唯一委員，以及多個(gè)其他國際會(huì)議學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，參與組織和主持了多個(gè)國際會(huì)議并作了多場(chǎng)大會(huì)特邀主題報(bào)告，中國、美國、俄羅斯、波蘭、印度、奧地利等國多位院士對(duì)其研究成果給予了肯定。

書籍目錄

1　緒論　　1.1　多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究狀況　　　1.2　經(jīng)典傳遞矩陣法與有限元法　　　1.3　多體系統(tǒng)傳遞矩陣法研究狀況　　　1.4　多體系統(tǒng)傳遞矩陣法的研究對(duì)象和特點(diǎn)　　　1.5　發(fā)射動(dòng)力學(xué)　　　1.6　本書的特色　　　1.7　符號(hào)約定　第一編　線性多體系統(tǒng)傳遞矩陣法　　2　線性多體系統(tǒng)傳遞矩陣法的基本原理　　　2.1　引言　　　2.2　狀態(tài)矢量、傳遞方程和傳遞矩陣　　　2.3　系統(tǒng)傳遞方程、傳遞矩陣和特征方程　　　2.4　狀態(tài)矢量、固有頻率和振型的計(jì)算　　　2.5　強(qiáng)迫振動(dòng)穩(wěn)態(tài)解　　　2.6　阻尼振動(dòng)特征值　　　2.7　強(qiáng)迫阻尼振動(dòng)穩(wěn)態(tài)解　　3　傳遞矩陣的推導(dǎo)和計(jì)算方法　　　3.1　引言　　3.2　由運(yùn)動(dòng)微分方程導(dǎo)得　　3.3　由求解，z階微分方程導(dǎo)得　　3.4　由n個(gè)一階微分方程導(dǎo)得　　3.5　由剛度矩陣導(dǎo)得　　3.6　傳遞矩陣計(jì)算方法　　3.7　特征值問題算法改進(jìn)　　3.8　傳遞矩陣逆陣性質(zhì)　　3.9　融ccati傳遞矩陣法　4　線性多剛?cè)狍w系統(tǒng)振動(dòng)特性　　4.1　引言　　4.2　多剛?cè)狍w系統(tǒng)振型圖　　4.3　離散系統(tǒng)固有振動(dòng)特性　　　　　　　　　　　　4.4　連續(xù)系統(tǒng)固有振動(dòng)特性　　　　　　　　　　4.5　鏈?zhǔn)蕉鄤側(cè)狍w系統(tǒng)　　　　　　　　4.6　分叉多剛?cè)狍w系統(tǒng)　　　　　　4.7　閉環(huán)多剛?cè)狍w系統(tǒng)　　　　　　4.8　盤分叉與閉環(huán)混合多剛?cè)狍w系統(tǒng)　　4.9　多層多剛?cè)狍w系統(tǒng)　　　　　4.10　多剛?cè)狍w系統(tǒng)振動(dòng)特性求解步驟　　　　　　　5　體動(dòng)力學(xué)方程及增廣特征矢量正交性　　　　5.l　引言　　　　　　　　　　　　　　5.2　多體系統(tǒng)的體動(dòng)力學(xué)方程和參數(shù)矩陣　　　　　　5.3　特征矢量正交性基本理論　　　　　　　　5.4　多體系統(tǒng)增廣特矢量及其正交性　　　　　　5.5　增廣特征矢量正交性的兒個(gè)特例　　　5.6　增廣特征量正交性驗(yàn)證舉例　　　　　　　6　線性多剛?cè)狍w系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)　　6.1　引言　　　　　6.2　多剛?cè)狍w系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)　　　　6.3　對(duì)多剛?cè)狍w系統(tǒng)阻尼的處理　　6.4　多剛?cè)狍w系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)　　　　6.5　多剛?cè)狍w系統(tǒng)的靜態(tài)響應(yīng)　　　　　　　　　7　非線性和多維系統(tǒng)傳遞矩陣法　　　　　　　　7.l　引言　　　　　7.2　非線性系統(tǒng)增量傳遞矩陣法　　　　　　　　7.3　一維系統(tǒng)有限元傳遞矩陣法　　　　　　　　　　7.4　二維非線性系統(tǒng)有限元Riccati傳遞矩陣法　　　　　　7.5　一維系統(tǒng)Foutier級(jí)數(shù)傳遞矩陣法　　　　　　7.6　一維系統(tǒng)有限芹分傳遞矩陣法　　　　　　　　　　　　7.7　一維系統(tǒng)傳遞矩陣法　　　　　　第二編　多體系統(tǒng)離散時(shí)問傳遞矩陣法　8　多剛體系統(tǒng)離散時(shí)間傳遞矩陣法　　　　　　8.1　引言　　8.2　狀態(tài)矢量、傳遞方程、傳遞矩陣　　　　　　　　　　8.3　逐步時(shí)間積分法和線性化　　　　　　　8.4　平面大運(yùn)動(dòng)剛體傳遞矩陣　　……第三編　多體系統(tǒng)傳遞矩陣法工程應(yīng)用參考文獻(xiàn)附錄Ⅰ　繞軸旋轉(zhuǎn)公式附錄Ⅱ　連體系的方位附錄Ⅲ　符號(hào)表附錄Ⅳ　多體系統(tǒng)傳遞矩陣法國際學(xué)術(shù)交流一覽

章節(jié)摘錄

插圖：1 緒論1.1　多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究狀況多體系統(tǒng)是以一定方式相聯(lián)接的多個(gè)物體（剛體、彈性體/柔體、質(zhì)點(diǎn)等）組成的系統(tǒng)，是一個(gè)古老而又非常明確的物理概念。在兵器、機(jī)器人、航空、航天、機(jī)械等國防和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，諸如發(fā)射系統(tǒng)、飛行器、機(jī)械手、民用機(jī)械等大量的工程對(duì)象均可歸結(jié)為以各種方式相聯(lián)接的多個(gè)剛體和彈性體組成的多體系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代，人們限于多個(gè)剛體或多個(gè)彈性固體來理解多體這個(gè)概念，分別發(fā)展成似乎彼此分離的兩門學(xué)科一多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)和有限單元法，20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)的無限單元法是一個(gè)補(bǔ)充，多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)是古老的動(dòng)力學(xué)和變分原理。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象包括這兩門學(xué)科的研究對(duì)象——?jiǎng)傮w和彈性固體。對(duì)剛體的認(rèn)識(shí)，從Euler建立剛體繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程（1765）算起已有200多年歷史，理論上已經(jīng)相當(dāng)清楚。20世紀(jì)60年代開始發(fā)展的經(jīng)典剛體動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)兩個(gè)以上剛體的研究只有雙擺、陀螺儀等幾種情形。若剛體個(gè)數(shù)增多，以各種方式相聯(lián)接的大運(yùn)動(dòng)剛體組成的復(fù)雜多剛體系統(tǒng)，是彈性固體動(dòng)力學(xué)、有限元法沒有充分研究的內(nèi)容。后來人們注意到多剛體系統(tǒng)不是實(shí)際問題好的力學(xué)模型，如較長(zhǎng)的機(jī)械手臂就不宜用剛體模型，細(xì)長(zhǎng)的火箭炮定向管和火炮身管在發(fā)射動(dòng)力學(xué)研究中同樣不宜用剛體模型。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，至少必須包容彈性固體。

編輯推薦

《多體系統(tǒng)傳遞矩陣法及其應(yīng)用》可作為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)師生和科研人員的參考書，還可作為兵器專業(yè)研究生的教材?！抖囿w系統(tǒng)傳遞矩陣法及其應(yīng)用》對(duì)從事兵器、航空、航天、車輛、機(jī)器人研究和工程技術(shù)應(yīng)用的科技人員具有重要參考價(jià)值。

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    多體系統(tǒng)傳遞矩陣法及其應(yīng)用 PDF格式下載

---