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基于MATLAB的运动学、动力学过程分析与模拟 (2013) https://doi.org/10.1360/B9787030380258

前 言

  • Published Nov 19, 2018

前 言

运动学、动力学的很多问题都是以微分方程形式给出的,运用传统理论力学求解方法,一般只能对一些特殊位置作瞬态分析,而对整个运动过程中的各运动变量、约束力、所需动力或动力矩的变化规律的分析是不够理想的。本书通过MATLAB图形界面,利用MATLAB强大的数值计算能力和图形处理技术,对运动学、动力学问题进行过程分析,并将结果以曲线、动画等形式直观表现出来,加强读者对力学问题的感性认识。运用图形用户界面分析力学问题有以下优点:①图形界面通过多个按钮的回调函数完成相应功能,将整个程序分解为几个部分,使其程序编写、调试更容易;②容易实现人机交互,通过观察不同运动参数和初始条件下研究对象的运动变化,分析运动参数和初始条件对运动的影响;③可得到某时段内每一时刻的运动变量,而不仅仅是某一瞬态的结果,实现对整个运动的过程分析;④实现了结果数据的可视化,通过曲线、动画等形式,使我们对较为复杂的运动有更为直观、清晰的认识。

本书研究力学问题的思路主要有两个方面:①从传统的瞬态分析转变到建立过程分析模型(运动微分方程组)。这个过程就是要先将位移(转角)、速度(角速度)等设定为运动变量,并确定这些运动变量的微分方程组和初值,最后求出所有时刻位移(转角)、速度(角速度)、加速度(角加速度)和约束力、所需动力或动力矩的取值。②在MATLAB的图形用户界面上进行可视化编程,通过ODE函数对运动变量方程组进行数值求解,运用MATLAB的作图功能将数值求解的结果以曲线、动画等可视化的形式表现,也可以将数据保存为Excel文件或对某时刻位移(转角)、速度(角速度)、加速度(角加速度)和约束力、所需动力或动力矩的结果进行查询。第一方面是核心,定义求解微分方程组的函数文件与传统力学原理、方法内容结合紧密,实现了从瞬态分析到过程分析的自然过渡。在运用传统力学原理、方法建立过程分析模型时要注意两点:①将位移(转角)、速度(角速度)、加速度(角加速度)和约束力、所需动力或动力矩设为变量;②规定这些变量的正方向,并注意在力学定理、公式中正确运用。

本书共分7章,系统地介绍了如何运用图形用户界面对各类运动学、动力学问题进行过程分析。第1章介绍了本书可能会涉及的相关MATLAB知识,并通过一个简单实例来介绍运用图形用户界面对力学问题进行过程分析的全过程;第2~5章对点的运动学、点的复合运动、刚体平面运动和运动学综合运用等方面的问题分别运用图形用户界面进行了过程分析;第6、7章对应用动力学三大定理、拉格朗日方程的动力学问题分别运用图形用户界面进行了过程分析。本书运用图形用户界面对多个机构进行了运动学、动力学方面的过程分析,特别适合机械类专业的同学和工程技术人员参考、学习。

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