上篇動力學分析基本理論

第1章  緒論

1.1  結構動力學主要內容

1.2  結構動力學分析的目的

1.3  結構動力學的幾個基本概念

1.3.1  動力自由度

1.3.2  實位移與虛位移

1.3.3  廣義力

1.3.4  慣性力

1.3.5  彈簧的恢復力

1.3.6  阻尼力

1.3.7  動力載荷分類

1.4  結構動力學計算的特點

1.5  結構動力學分析的四種問題

1.6  本書邏輯結構及內容安排

習題

第2章  結構動力學建模導論

2.1  動力學建模的基本概念

2.1.1  功和能

2.1.2  線彈性體繫和阻尼彈性體繫

2.1.3  非彈性體繫

2.1.4  動力學建模的標準

2.1.5  動力學建模的過程

2.1.6  動力學模型分類

2.2  平衡問題的力學原理與數學模型

2.2.1  平衡條件與動力學平衡問題

2.2.2  線彈性平衡問題的微分描述——

dAlembert原理

2.2.3  線彈性平衡問題的積分描述——虛功原理

2.2.4  線彈性平衡問題的變分描述——哈密頓原理

2.3  小結

第3章  單自由度體繫

3.1  無阻尼自由振動分析

3.2  有阻尼自由振動分析

3.2.1  黏性阻尼自由振動

3.2.2  阻尼模型

3.2.3  阻尼比的測量

3.2.4  庫侖阻尼自由振動

3.3  對諧振載荷的響應

3.3.1  主動隔振和被動隔振

3.3.2  振動測量儀器

3.4  對周期載荷的響應

3.5  對一般載荷的響應

習題

第4章  多自由度體繫

4.1  多自由度運動方程的建立

4.2  無阻尼振動分析

4.2.1  固有頻率和振型

4.2.2  主坐標和正則坐標

4.2.3  自由振動響應

4.2.4  強迫振動響應

4.3  有阻尼自由振動分析

習題

第5章  動力學反應的數值計算

5.1  微分方程的時間步進法

5.2  基於激勵插值的方法

5.3  基於速度、加速度的有限差分中心差分法

5.4  基於假設加速度變化的步進法

5.4.1  平均加速度法

5.4.2  線性加速度法

5.4.3  Newmark法

5.4.4  Wilson法

5.5  穩定性與計算誤差

5.5.1  穩定性

5.5.2  計算誤差

習題

第6章  分布參數體繫

6.1  運動的偏微分方程

6.2  無阻尼自由振動分析

6.2.1  梁的無阻尼振型和頻率

6.2.2  振型的正交性

6.3  動力學反應分析

6.3.1  正規坐標

6.3.2  無阻尼動力學反應分析

6.3.3  有阻尼動力學反應分析

6.4  動力學模型的離散化

習題

第7章  隨機振動

7.1  概率論

7.1.1  隨機變量

7.1.2  隨機變量的概率分布

7.1.3  隨機變量的數字特征

7.2  隨機過程

7.2.1  平穩過程和各態歷經過程

7.2.2  平穩過程的相關函數和功率譜密度函數

7.2.3  自相關函數和功率譜密度函數的關繫

7.3  線性單自由度體繫的隨機反應

7.3.1  輸入與輸出的數字特征之間的關繫

7.3.2  輸入與輸出的功率譜密度之間的關繫

7.4  線性多自由度體繫的隨機反應

7.4.1  多自由度體繫的時域反應

7.4.2  多自由度體繫的頻域反應

習題

下篇軟件平臺及車輛動力學應用初步

第8章  基於NX/SimcenterTM3D仿真平臺的響應動力學分析

8.1  SimcenterTM3D響應動力學分析軟件簡介

8.1.1  模態模型

8.1.2  響應動力學分析界面

8.1.3  支持廣泛的動態載荷類型

8.1.4  模型準備

8.1.5  函數和圖表工具

8.1.6  與試驗的接口

8.1.7  響應分析的類型

8.1.8  動態響應計算結果

8.1.9  響應動力學分析流程

8.2  SimcenterTM3D響應動力學理論基礎

8.2.1  正則模態和約束模態

8.2.2  連接模態

8.2.3  模態有效質量

8.2.4  物理量數據恢復方法

8.2.5  模態初始條件定義

8.2.6  剛體模態

8.2.7  阻尼的定義

8.3  SimcenterTM3D響應動力學軟件使用流程

8.3.1  利用SimcenterTM3D平臺創建或者讀入模型

8.3.2 模型創建

8.3.3  模態計算方案的定義

8.3.4  特殊邊界條件定義

8.3.5  定義響應動力學計算過程和事件

8.3.6  頻率響應函數和傳遞率計算

8.3.7  事件類型以及定義事件

8.3.8  響應動力學激勵函數的定義

8.3.9  SimcenterTM3D響應動力學結果的計算和顯示

8.4  SimcenterTM3D響應動力學行業應用案例介紹

8.4.1  響應動力學軟件功能組成及特點

8.4.2  虛擬試驗驗證

8.4.3  響應動力學計算過程描述

8.4.4  響應動力學行業應用及案例介紹

8.4.5  虛擬試驗部分

8.5  基於SimcenterTM3D響應動力學的某新能源汽車響應分析

8.5.1  某新能源汽車白車身模型自動創建

8.5.2  白車身傳遞函數分析計算

8.5.3  某新能源汽車白車身半正弦分析

8.5.4  某新能源汽車振動噪聲耦合分析

參考文獻

結構動力學是機械、航空航天、土木工程等多個專業、研究方向的基礎課程，其主要任務是使學生在本科學習的各門力學課程的基礎上，學習結構動力學的基本理論和方法，了解結構動力問題的特性及與靜力問題的本質差別，掌握結構動力學分析的基本知識，培養分析解決各類結構動力問題的能力，如實際問題的物理建模、力學建模、數學建模及數值分析方法等，為相關課題的深入研究奠定基礎。
基於此，本書的編寫強調以下幾個目的： 
 強調實際動力學問題建模過程； 
 強調動力學問題所采用分析方法的物理意義； 
 強調動力學問題建模的合理性以及理想化模型與真實結構特性的關聯性； 
 學會運用理論分析的結果來解釋各種動載荷的響應； 
 掌握結構無限自由度動力響應快速分析軟件NX/SimcenterTM3D Response Simulation理論及軟件設計架構，並能對結構的不確定、確定性振動分析關聯應用； 
 應用結構動力學理論進行車輛工程中的動力問題研究。
為了適應初學者，我們假設讀者沒有結構動力學的預備知識。書中介紹的內容足夠詳細，從基本的概念入手，按照實際分析流程，由易而難，使整個結構動力分析形成整體，從而使本書特別適合於自學。同時，在每章節後給出本章內容的思維導圖，便於讀者總結。本書的這個特點，再加上在內容選擇上充分考慮實際應用，結合軟件的實現，應該會使職業工程師們，特別是從事結構分析與設計的工程師們對本書產生興趣。
由於許多學生和工程師覺得這個科目難學，所以在寫作本書的過程中，我們把重點放在了概念入門與前沿拓展結合、理論與軟件編程實現、案例分析結合上。為達此目的，書中的內容圍繞以下幾個特點進行組織： 理論方面，每一部分的數學推導盡可能簡單； 對分析方法進行總結以強調關鍵的分析步驟，方便讀者按照步驟操作應用； 這些方法通過詳細解答的例題進行說明，從中
強調結果的物理解釋； 結合商業軟件NX/SimcenterTM3D Response Simulation進行車輛零部件的不確定性動力分析、確定性動力響應分析，並進行了兩種動力分析之間的綜合分析，以加強結構動力學相關理論的理解，方便讀者進行軟件應用。
本書分為上、下兩篇，上篇為動力學分析基本理論，下篇為軟件平臺及車輛動力學應用初步。

上篇包括7章內容。第1章緒論部分主要對結構動力學研究內容、研究目的、動力計算的特點、動力問題總結及研究過程中常用的幾個基本概念進行闡述，並對本書主要內容用思維導圖的形式給出了簡單的圖示。第2章為結構動力學建模導論，介紹了動力學建模中的基本概念，比如功、能、線彈性體繫、阻尼彈性體繫和非彈性體繫等； 並對動力平衡問題的力學原理和數學模型分別從微分、積分及變分三個方面進行了闡述。第3、4章分別是單自由度體繫和多自由度體繫，分別從各自的力學模型到數學模型以及對不同激勵下的響應求解與分析等方面做了較為詳細的論述。動力問題的響應求解有多種數值方法。第5章介紹了分別從微分方程、激勵、速度、加速度等入手的數值方法及各自的穩定性與計算誤差。第6章主要針對的是無限自由度問題的振動問題。嚴格來說，實際中所有振動都是隨機的，需要用概率和統計的方法纔能描述其規律，這種分析方法稱為隨機振動，如車輛受到路面不平順譜作用、飛行器因大氣湍流、地面的結構物因地震、軌道車輛受到輪軌不平順譜、高層建築受到季風作用等都會產生隨機振動，因而第7章介紹了隨機振動分析方法，力求通俗易懂地介紹相關的基本概念和方法。
下篇包括第8章內容，主要介紹了著名動力響應快速分析商業軟件NX/SimcenterTM3D Response Simulation(RS)的設計架構、分析類型及各自之間的關聯、RS的功能，並對主要的基本理論進行了闡述，介紹了多個應用案例以及RS在新能源汽車設計中的具體應用，從這個案例說明了如何能快速進行結構的動力響應分析，如何將隨機分析與確定性動力分析結合起來並指導工程實踐。
由於作者水平有限，肯定會有許多不妥之處甚至是錯誤之處，懇請各位學者教授、學生及工程師等，如果有什麼建議、意見或者錯誤指正之處請聯繫作者，不勝感謝。