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第1章 虚拟样机技术概论1

1.1 虚拟样机技术1

1.2 基于虚拟样机技术的机械产品开发2

1.3 虚拟样机软件及工程应用3

1.3.1 汽车行业的应用3

1.3.2 航空航天中的应用4

1.3.3 工程机械的应用4

1.3.4 其他应用4

1.4 多体系统动力学概述6

第2章 数学基础10

2.1 矢量10

2.1.1 位置矢量10

2.1.2 矢量运算11

2.1.3 矢量微分和积分14

2.2 矩阵基础14

2.2.1 线性空间简介14

2.2.2 矩阵17

2.2.3 矩阵运算19

2.2.4 矩阵特征值和特征矢量22

2.2.5 矩阵分解24

2.3 矢量变换39

2.3.1 旋转矩阵40

2.3.2 欧拉角43

2.3.3 方向余弦43

2.3.4 四元数45

2.3.5 齐次变换46

2.4 刚体运动学分析基础47

2.4.1 速度和加速度48

2.4.2 虚位移51

第3章 机械系统运动学建模与仿真53

3.1 约束与自由度53

3.1.1 约束53

3.1.2 自由度54

3.2 约束方程55

3.3 系统运动学分析56

3.4 开链机构运动学分析58

3.4.1 串联机构位姿正解59

3.4.2 串联机构位姿逆解66

3.4.3 串联机构速度和加速度分析70

3.4.4 Jacobi矩阵与奇异构型78

3.4.5 串联机构工作空间83

3.5 并联机构运动学分析84

3.5.1 概述85

3.5.2 结构及分类87

3.5.3 位置逆解89

3.5.4 位置正解92

3.5.5 速度分析、Jacobi矩阵及奇异构型103

3.5.6 工作空间114

3.6 运动学分析的计算机建模118

3.6.1 基本约束119

3.6.2 运动副约束121

3.6.3 驱动约束131

3.6.4 运动学分析132

第4章 机械系统动力学建模与仿真141

4.1 动力学基本参量142

4.1.1 线动量143

4.1.2 质心143

4.1.3 角动量144

4.1.4 转动惯量145

4.2 刚体动力学基本原理152

4.2.1 作用在刚体上的力和力矩154

4.2.2 Newton-Euler方程155

4.2.3 虚功原理164

4.2.4 D'Alembert原理165

4.2.5 Lagrange方程177

4.2.6 Kane方程189

4.3 串联机构动力学分析194

4.3.1 开环机构静平衡195

4.3.2 动力学逆解200

4.3.3 动力学正解207

4.4 并联机构动力学分析215

4.4.1 闭链机构动力学分析216

4.4.2 并联机构静力学221

4.4.3 并联机构动力学正解228

4.4.4 并联机构动力学逆解235

4.5 动力学分析计算机建模245

4.5.1 机械系统动力学方程245

4.5.2 力元252

4.5.3 运动副约束反力261

第5章 多学科联合建模与仿真技术265

5.1 多领域仿真技术概述266

5.2 功率键合图269

5.2.1 功率变量270

5.2.2 元件271

5.2.3 键合图绘制277

5.2.4 因果关系281

5.2.5 系统建模283

5.2.6 多体系统键合图建模简介287

5.2.7 键合图建模综述296

5.3 线性图建模297

5.3.1 线性图基础297

5.3.2 物理系统线性图建模301

5.3.3 线性图建模实例306

5.4 多领域仿真的计算机实现312

5.5 多领域仿真技术的未来313

第6章 数值算法316

6.1 非线性方程和方程组的数值解法316

6.1.1 迭代法一般概念316

6.1.2 非线性方程数值解法317

6.1.3 非线性方程组的不动点迭代法323

6.2 线性方程组数值解法325

6.2.1 线性方程组的直接解法325

6.2.2 线性方程组的迭代法332

6.3 常微分方程数值方法336

6.3.1 Taylor级数337

6.3.2 有限差分方法338

6.3.3 一阶Euler方法340

6.3.4 数值算法的稳定和收敛341

6.3.5 Runge-Kutta方法344

6.3.6 线性多步法348

6.3.7 高阶常微分方程的数值解法352

6.3.8 一阶常微分方程组的数值解法353

6.3.9 常微分方程数值计算中的刚性353

6.4 微分代数方程数值方法357

6.4.1 DAE方程及其指标357

6.4.2 DAE指标缩降方法362

6.4.3 DAE方程稳定化技术368

6.4.4 DAE直接离散方法370

第7章 虚拟样机软件简介374

7.1 德国INTEC公司SIMPACK374

7.1.1 SIMPACK仿真技术特点与应用376

7.1.2 SIMPACK模块及其应用377

7.1.3 系统建模与仿真380

7.2 美国MSC公司ADAMS381

7.2.1 几何建模383

7.2.2 约束383

7.2.3 载荷384

7.2.4 仿真384

7.2.5 后处理385

7.2.6 其他功能385

参考文献388