IUTAM Symposium on Multiscale Problems in Multibody System Contacts pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Eberhard, Peter 编

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2007-4

价格:$ 157.07

装帧:HRD

isbn号码:9781402059803

丛书系列:

图书标签:

Multiscale problems
Multibody systems
Contact mechanics
Numerical methods
Computational mechanics
Vibration
Dynamics
Friction
Impact
Nonlinear dynamics

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具体描述

The investigation of multiscale problems in multibody system contacts is a most interesting and timely topic which has been the subject of intensive research for more than one decade. While many questions have been answered and the mechanically sound description and simulation is increasingly applied in practical engineering problems, this IUTAM Symposium facilitated discussions between researchers active in the field and enabled us to review the state-of-the-art and to identify for the years to come the hot topics which require further efforts. It was especially useful to bring together scientists from closely related but traditionally distinct fields such as multibody system contact, molecular dynamics, finite element contact, collision detection or the mathematics of unilateral contact. It is observed that the once clear boundaries between these fields are blurring and an exchange of ideas will accelerate the development with mutual benefits. Multiscale problems occur very naturally in contact mechanics. Typically the contact forces and stresses are very high and they are transmitted within a very short period of time. This leads to questions, e.g. how the slow rigid body motion and the fast motion changes can be considered simultaneously or how interface effects couple to wave propagation and the large-scale motion. The purpose of the symposium was be to provide a basis for discussion and exchange of new concepts and ideas to scientists from all over Europe and the world. This proceedings volume summarizes contributions of many authors active in the field and gives insight in very different areas of this fascinating research.

理论力学基础与应用：刚体动力学、振动分析与接触力学新进展本书导言本书旨在为读者提供一个全面且深入的现代理论力学框架，重点关注宏观与微观尺度耦合问题下的系统行为分析。我们不再局限于经典力学范畴内的孤立系统研究，而是将目光投向更复杂、更贴近实际工程需求的动态系统，特别是涉及多体耦合、非线性响应以及尺度效应的复杂接触场景。全书结构设计兼顾理论的严谨性与工程应用的实践性，力求在经典理论的坚实基础上，引入前沿的数值方法与实验验证技术，为结构动力学、机械设计以及材料科学等领域的专业人士提供一本有价值的参考书。第一部分：经典力学基础与现代建模方法第一章：牛顿-欧拉方程的重新审视与扩展本章从牛顿第二定律在刚体运动中的应用出发，详细阐述了欧拉刚体动力学方程的推导与意义。重点在于引入惯性系与非惯性系下的运动描述，特别是对科里奥利力和离心力的深入理解。我们探讨了如何利用拉格朗日量和哈密顿量方法，从能量角度对复杂刚体系统进行动力学建模，强调了约束条件处理（如乘子法）的有效性。第二章：约束系统与广义坐标的选取本章深入研究了多自由度系统的建模，讨论了如何有效地选择广义坐标以简化运动方程。详细分析了完整约束、非完整约束以及粘性约束的数学表征。引入了虚拟功原理和达朗贝尔原理，作为分析复杂机械系统运动的强大工具。本章的重点在于如何处理含有移动关节和可变长度连杆的复杂机构，为后续的多体系统分析打下基础。第三章：线性振动分析与模态识别本章聚焦于线弹性系统中简谐激励下的自由振动与强迫振动。详细推导了具有离散质量和弹簧阻尼单元的系统运动方程，并运用矩阵特征值问题求解系统的固有频率和振型。引入了 Rayleigh-Ritz 方法进行模态近似分析。对阻尼系统的分析侧重于粘滞阻尼与 Rayleigh 阻尼，并阐述了模态阻尼比对系统响应的影响。本章结尾部分将简要介绍实验模态分析（EMA）的基本流程，作为理论分析的佐证。第二部分：非线性动力学与多体耦合系统第四章：非线性振动基础与近似解法本章超越线性系统范畴，引入非线性恢复力和非线性阻尼项对系统动力学的影响。重点分析了 $ ext{Duffing}$ 和 $ ext{Van der Pol}$ 振子，并介绍了描述非线性系统响应的几种关键方法，包括： 1. 平均场法 (Method of Averaging): 用于处理小非线性项。 2. 多尺度法 (Method of Multiple Scales): 用于分析具有不同频率激励的系统。 3. 庞加莱截面法 (Poincaré Mapping): 用于识别周期解、准周期解和混沌行为的初步工具。第五章：变质量与时变参数系统动力学本章探讨了质量或刚度随时间变化的系统，例如火箭、喷射器或具有磨损部件的机械。使用 $ ext{Tsiolkovsky}$ 形式的方程，分析了变质量对系统稳定性的影响。对于参数激励系统（如 $ ext{Mathieu-Hill}$ 方程描述的系统），本章着重分析参数共振现象及其在控制工程中的意义。第六章：多体系统动力学：耦合与相互作用本章是本书的核心部分之一，专门处理相互连接的刚体或柔体组成的系统。详细介绍了多体系统动力学（MBS）的经典建立方法： 1. Lagrange-Caughey-Gray (LCG) 方法: 适用于已施加完整约束的系统。 2. 绝对节点坐标法 (ANCF): 重点介绍其优势在于处理拓扑变化和不可穿透约束，无需引入虚拟约束力。 3. Kane 方法: 强调使用最小数量的独立方程来描述系统运动。本章将讨论机器人在复杂地形上的运动控制问题，以及用于模拟车辆悬架系统的多体模型建立流程。第三部分：接触力学与界面行为第七章：静力学接触理论：Hertzian 接触与应力分布本章将理论力学与材料力学相结合，专注于描述两个物体在接触点处的弹性变形与应力状态。详细分析了经典 $ ext{Hertz}$ 接触理论在点接触和线接触问题中的应用。讨论了接触区域的压力分布、最大剪应力和接触椭圆的尺寸计算。第八章：摩擦学基础与粘着-滑动转换本章深入研究了物体相对运动界面上的相互作用力。详细介绍了库仑摩擦定律的局限性，并引入了更现代的摩擦模型，如 $ ext{viscoplastic}$ 模型和基于能量耗散的摩擦模型。讨论了静摩擦、动摩擦以及粘着-滑动 (stick-slip) 现象的动力学特征。第九章：动态接触问题的数值处理本章处理的是在快速、高频激励下发生的瞬态接触问题。强调了在非光滑接触动力学中，传统有限元方法的困难性，如接触刚度的突变。 1. 冲击与碰撞分析: 使用速度不连续性理论和恢复系数的概念来分析简单碰撞，并引入球形弹丸穿透靶板的简化模型。 2. 非光滑动力学 (NSD): 介绍使用基于互补性问题的形式（如 $ ext{Linear Complementarity Problem, LCP}$）来精确求解接触力的演化，特别是对于多点接触和穿透限制的强制执行。 3. 数值稳定性: 讨论在显式积分中处理接触冲击时的时间步长选择与数值阻尼的引入。结论与展望本书的最终目标是弥合理论力学建模与复杂工程问题之间的鸿沟。我们强调，在处理多尺度、多体以及接触等耦合问题时，单一的理论工具往往不足以描述全貌。未来的研究方向将集中于如何将原子尺度的材料行为信息有效地嵌入到宏观的 MBD（多体动力学）框架中，以及如何利用机器学习技术来加速复杂非线性动力学系统的实时求解。本书为读者提供了应对这些挑战所需的高级分析工具集。