旋轉(zhuǎn)機(jī)械動力學(xué)及其發(fā)展

內(nèi)容概要

旋轉(zhuǎn)機(jī)械堪稱人類文明進(jìn)步的標(biāo)志，數(shù)千年前的車輪、百年前問世的電站汽輪機(jī)和推動人類飛向太空的火箭發(fā)動機(jī)，對人類文明的進(jìn)步起著巨大的推動作用。《旋轉(zhuǎn)機(jī)械動力學(xué)及其發(fā)展》介紹了從古到今各種典型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的演化過程，并由此衍生出在這一演化過程背后的各種數(shù)學(xué)和物理的理論和方法。從全面性的角度講，本書堪稱當(dāng)今世界旋轉(zhuǎn)機(jī)械動力學(xué)領(lǐng)域的集大成之作，可以作為該領(lǐng)域的科研人員和工程師必備的教學(xué)用書和參考書。與此同時，本書還詳細(xì)介紹了計(jì)算機(jī)時代來臨后有限元方法的發(fā)展對當(dāng)代旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)所帶來的影響，這些全新的方法能夠幫助工程師不斷地將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)水平推向新的高度。
《旋轉(zhuǎn)機(jī)械動力學(xué)及其發(fā)展》融合了作者數(shù)十年來豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和全面的理論知識，并與精彩的歷史故事和真實(shí)的現(xiàn)代理念相結(jié)合，非常適合幫助年輕的工程師獲取過去的經(jīng)驗(yàn)、了解當(dāng)前的行業(yè)現(xiàn)狀和未來的趨勢，而資深的專家也可以從這本書中獲取靈感來啟發(fā)其研究工作。本書由
J.S.Rao(饒)教授著。

作者簡介

作者：（印度）饒（J.S.Rao） 譯者：葉洎沅  J.S.Rao，全球著名的旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域?qū)＜摇Ｗ鳛锳SME成員、印度國家工程院院士和《Advances in VibrationEngineering》雜志主編，J.S.Rao教授曾是印度理工學(xué)院（IIT）有史以來第一位力學(xué)博士，并且是印度歷史上第一位科學(xué)博士學(xué)位獲得者。在其近50年的職業(yè)生涯中，J.S.Rao教授作為印度國家合作計(jì)劃的主要參與者之一，曾在全球30多個國家和地區(qū)任教或任職，迄今為止在旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)表了300多篇論文，并有10余本著作。J.S.Rao教授目前還是國際機(jī)器和機(jī)構(gòu)學(xué)理論聯(lián)合會（簡稱IFToMM）唯一健在的創(chuàng)始成員。 葉洎沅，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天工程與力學(xué)系，翻譯本書時擔(dān)任比利時Samtech公司中國區(qū)總經(jīng)理。曾在多家機(jī)械工程咨詢公司和仿真軟件公司從事技術(shù)和管理工作，在工程仿真分析、可靠性研究等領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

書籍目錄

譯者序
中文版序
序
前言
致謝
第1章  輪子的問世
參考文獻(xiàn)
第2章  中世紀(jì)之前的技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第3章  水車
參考文獻(xiàn)
第4章  風(fēng)車
參考文獻(xiàn)
第5章  文藝復(fù)興與科學(xué)革命
參考文獻(xiàn)
第6章  文藝復(fù)興時代的工程師們
參考文獻(xiàn)
第7章  工業(yè)革命
參考文獻(xiàn)
第8章  旋轉(zhuǎn)機(jī)械
參考文獻(xiàn)
第9章  彈性理論基礎(chǔ)
參考文獻(xiàn)
第10章  能量法
10.1  歐拉-拉格朗日方程
10.2  拉格朗日(Lagrange)法
10.3  瑞利(Rayleigh)能量法
10.4  里茲(Ritz)法
10.5  振動問題的拉格朗日法
10.6  迦遼金(Galerkin)法
10.7  哈密頓(Hamilton)原理
10.8  余虛功原理
10.9  海林格-瑞斯納(Hellinger-Reissner)變分原理
10.10  胡-鷲津(Hu-Washizu)原理
10.11  桿扭轉(zhuǎn)的不同定理
10.11.1  庫侖(Coulomb, 1784)基本定理
10.11.2  圣維南(St. Venant, 1853)定理
10.11.3  樂甫(Love, 1944)定理
10.11.4  鐵木辛哥(Timoshenko,1945)-基爾(Gere, 1954)定理
10.11.5  瑞斯納(Reissner，1952)和羅-高洛德(Lo-Goulard，1955)定理
10.11.6  巴爾(Barr,1962)定理
10.11.7  由Rao(1974)提出的改良定理
參考文獻(xiàn)
第11章  20世紀(jì)的圖形和數(shù)值方法
11.1  圖形方式的斯托多拉(Stodola)-維埃內(nèi)羅(Viannello)法(瑞利最大能量法)
11.2  表格方式的斯托多拉(Stodola)-維埃內(nèi)羅(Viannello)迭代法
11.3  鄧克萊(Dunkerley)法
11.4  布萊斯(Blaess)對鄧克萊公式的證明
11.5  哈恩(Hahn)使用矩陣代數(shù)對鄧克萊公式的證明
11.6  扭轉(zhuǎn)振動的霍爾茲(Holzer)法
11.7  米克勒斯泰德(Myklestad)法
11.8  普羅爾(Prohl)法
參考文獻(xiàn)
第12章  矩陣法
12.1  扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)
12.2  遠(yuǎn)端耦合系統(tǒng)
12.3  連續(xù)逼近的格拉菲(Gr?ffe)方法
12.4  矩陣迭代法
12.5  普萊布斯(Priebs)法
12.6  傳遞矩陣形式的霍爾茲(Holzer)法—針對近端耦合系統(tǒng)
12.7  傳遞矩陣形式的米克勒斯泰德(Myklestad)-湯姆森(Thomson)-普羅爾(Prohl)法—針對遠(yuǎn)端耦合系統(tǒng)
12.8  關(guān)于計(jì)算機(jī)和進(jìn)化
參考文獻(xiàn)
第13章  有限元法
13.1  梁單元
13.2  托徹(Tocher)的三角形板單元
13.3  殼單元
13.4  有限元分析中的界面阻尼
13.5  使用商用軟件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉片分析算例
參考文獻(xiàn)
第14章  轉(zhuǎn)子動力學(xué)方法
14.1  拉瓦爾(De Laval)模型
14.2  杰夫考特(Jeffcott)的轉(zhuǎn)子分析
14.3  流體油膜軸承
14.4  油膜失穩(wěn)
14.5  質(zhì)因子
14.6  陀螺效應(yīng)
14.7  內(nèi)摩擦和滯后效應(yīng)
14.8  受重力和變彈性影響的軸
14.9  偏差
14.10  彎曲的轉(zhuǎn)子
14.11  變慣性
14.12  密封和失穩(wěn)
14.13  蒸汽振蕩
14.14  帶裂紋的軸
參考文獻(xiàn)
第15章  傳遞矩陣法
15.1  由于發(fā)電機(jī)短路引起的扭振
15.2  轉(zhuǎn)子側(cè)向振動的傳遞矩陣法
15.3  雙軸轉(zhuǎn)子分析
參考文獻(xiàn)
第16章  轉(zhuǎn)子動力學(xué)的有限元方法
16.1  尼爾森(Nelson)梁單元
16.2  齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)與混沌
16.3  實(shí)體轉(zhuǎn)子
16.4  雙軸航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析
16.5  低溫泵的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析
參考文獻(xiàn)
第17章  葉輪系統(tǒng)
17.1  阿姆斯特朗(Armstrong)對調(diào)諧系統(tǒng)的分析
17.2  埃文斯(Ewi)的分析
17.3  失調(diào)排布
17.4  阻尼
17.5  微滑動阻尼(微動疲勞)
參考文獻(xiàn)
第18章  疲勞
18.1  高周期疲勞(HCF)壽命預(yù)測
18.2  低周期疲勞(基于應(yīng)變)壽命預(yù)測
18.3  線彈性斷裂力學(xué)
參考文獻(xiàn)
第19章  優(yōu)化
19.1  形狀優(yōu)化
19.2  重量優(yōu)化
參考文獻(xiàn)
第20章  結(jié)束語
索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   12.8關(guān)于計(jì)算機(jī)和進(jìn)化 一位著名的物理學(xué)家卡爾·薩根（Carl Sagan）得出過這樣的理論——人類的進(jìn)化是與人類軀體之外的活動相關(guān)的。地球已經(jīng)形成了約50億年。病毒、細(xì)菌和單細(xì)胞藻類在30億年前出現(xiàn)，其每個單體細(xì)胞中的DNA堿基對中包含的基因信息大約是3×104～3×108位（bits）。原生動物出現(xiàn)在大約10億年前，其基因信息達(dá)到了109位。生物進(jìn)化過程第一次出現(xiàn)大腦是在一億五千萬年前兩棲動物出現(xiàn)的時候，其基因信息也是109位，但其大腦的信息容量僅有約3×105位。在一億年前爬行動物出現(xiàn)時，其軀體和大腦細(xì)胞的信息容量均達(dá)到了破紀(jì)錄的1010位。6000萬年前哺乳動物出現(xiàn)，其大腦的信息容量提升到接近2×1011位，但是其軀體細(xì)胞的基因信息仍然保持與爬行動物相近的水平，即1010位。250萬年前人類從哺乳動物中進(jìn)化出來時保持了接近的軀體細(xì)胞基因信息容量，但是其大腦高達(dá)1013位的信息容量將其從哺乳動物中區(qū)分出來。因此可以說信息時代本質(zhì)上是從人類進(jìn)化出現(xiàn)時開始的。 爬行動物出現(xiàn)后動物軀體細(xì)胞的基因信息似乎到達(dá)了極限。而人類出現(xiàn)后，大腦的信息容量似乎也到達(dá)了極限，這可以歸因于女性盆腔的容積限制了新生兒的最大可能的大腦尺寸。 擁有了較強(qiáng)的大腦，人類得以在生存過程中從事一些軀體外的活動，例如馴養(yǎng)動物和種植農(nóng)作物。同時為了將信息傳遞給后代，人類開始采用一些其他手段，例如繪制狩獵的壁畫和書寫經(jīng)書（如印度的吠陀）。在大約公元前5000公元前4000年，開始出現(xiàn)文字的雛形。而距今大約4000年前由蘆葦制成的紙莎草紙開始被用于記錄信息。中國人在約公元前100年～公元150年的這一期間發(fā)明了我們今天所知道的造紙術(shù)。水車出現(xiàn)在公元前100年，風(fēng)車則是在公元700年左右出現(xiàn)。突然間，人類的信息量開始變大，但制作書的成本仍然非常之高，公元800年時在西班牙一本書可以換兩頭母牛。而到了公元1400年，一本有關(guān)藥的書被賣到半盎司黃金。這種情況一直持續(xù)到了公元1445年，當(dāng)時活版印刷術(shù)被引入歐洲，大幅提升了書的印刷效率并降低了其制作成本。到了公元1450年，印刷效率達(dá)到了一天300頁，而到了公元1700年，單臺機(jī)器每天就可以印刷1250頁。 更有效的知識傳播促進(jìn)了科學(xué)革命以及之后在公元1780年開始的工業(yè)革命。公元1870年打字機(jī)問世，在同一時代中法拉第（Faraday）發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，摩爾斯（Morse）創(chuàng)造出電信技術(shù)，貝爾（Alexander Graham Bell）于1876年發(fā)明了電話。所有這些發(fā)明都可以被看做是進(jìn)化過程的一部分，它們對人類大腦自身有限的儲存和處理信息的能力提供了補(bǔ)充。同樣，數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展也是進(jìn)化過程的一部分，它能夠幫助人類收集、儲存和提取信息。 埃尼阿克（The Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC）是第一臺通用的電子計(jì)算機(jī)。它最初是用來為美國陸軍的彈道研究實(shí)驗(yàn)室計(jì)算火炮的火力表，而且可以被重新程序化以便處理全面的計(jì)算問題。它曾經(jīng)被人們視作“巨型大腦”出現(xiàn)的預(yù)兆，它比當(dāng)時最快的繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍的速度也曾被大肆宣傳——這在當(dāng)時是計(jì)算能力的飛躍。如此強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，加上可以通用的程序，計(jì)算機(jī)的問世讓科學(xué)家和工程師們欣喜若狂，雖然他們逐漸意識到繼續(xù)對本章所討論的一些方法進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)已經(jīng)不再那么重要。 從1952年到20世紀(jì)60年代，國際商用機(jī)器公司（IBM）的700和7000系列計(jì)算機(jī)相繼問世。第一代的700系列使用的是真空管，而后來第二代的7000系列采用了晶體管。這些計(jì)算機(jī)并未使用任何軟件，而是期望工程師們自己寫程序。但很快，IBM為新開發(fā)的高級編程語言——例如FortrAn——提供了編譯器。工程師們開始寫計(jì)算機(jī)程序來直接求解，而不是使用之前提到的許多表格或數(shù)值近似方法。

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