起重机械虚拟仿真计算与分析

　　虚拟仿真技术是随着计算机的兴起而发展起来的一种针对产品设计和测试评估的新技术。起重机械虚拟仿真是以起重机械的动力学、运动学模型为核心，以其他相关模型为补充，利用多领域建模工具和仿真技术，对起重机械运行状态进行仿真计算与分析，以了解起重机械运行的动力学特性。本书上篇简单介绍了虚拟仿真技术的形成、发展、应用范围以及虚拟仿真技术的动力学理论基础；中篇系统介绍了用于起重机械结构强度分析的有限元基本理论、常用的有限元单元以及其在动力学分析中的应用和动力学方程的求解方法；下篇系统介绍了虚拟仿真技术在不同类型起重机械结构分析中的应用实例，包括门式双梁、L型门式、双梁桥式、门座式等4类起重机械虚拟仿真建模、虚拟仿真计算以及结构强度计算等。本书可供从事起重机械设计、分析、检测等工作的科技人员阅读，也可供机械设计及自动化、工程机械、固体力学、土木工程、物流机械等专业的高年级学生、研究生、教学、科研人员和有关工程技术人员参考。

　　丁克勤，男，1968年出生于安徽省枞阳县。中国特种设备检测研究院研发部主任，研究员，博士，博士生导师。现任中国无损检测学会理事暨应力测试专业委员会主任委员、中国无损检测学会非常规检测专业委员会副主任委员、北京机械工程学会无损检测分会副秘书长、中国仪器仪表学会学术工作委员会理事、中国体视学学会CT理论与应用分会常务理事、北京力学会理事、中国机械工程学会高级会员等社会职务。主要从事电磁检测技术与仿真、结构健康监测与评估、先进传感技术与仪器以及虚拟仿真与评价等方面的研究开发工作。获得省部级奖励6项，发明专利4项，发表学术论文80多篇。曾被评为国家质检总局中青年科技骨干、国家质检总局优秀青年，获得中央国家机关青年“创新奖”，享受国务院政府特殊津贴。

前言
上篇 虚拟仿真技术基本理论
　第1章 绪论
　1.1 虚拟仿真技术的形成和发展
　1.2 虚拟仿真技术的应用范围
　1.2.1 虚拟仿真技术在现代高端机械领域内的应用
　1.2.2 虚拟仿真技术在国内的应用及前景
　1.3 虚拟仿真软件简介
　第2章 动力学理论基础知识
　 2.1 坐标系
　 2.1.1 坐标系概述
　 2.1.2 确定不同坐标系位置和方向的方法
　2.2 质点运动
　 2.2.1 质点运动的描述
　 2.2.2 点合成运动概念
　 2.2.3 点的速度合成定理
　2.2.4 点的加速度合成定理
　2.3 刚体运动
　2.3.1 刚体的平面运动与分解
　 2.3.2 平面图形内各点的速度和加速度
　 2.3.3 刚体的合成运动
　2.4 广义坐标和自由度
　2.4.1 约束及其分类
　2.4.2 广义坐标
　 2.4.3 广义坐标变分
　 2.4.4 自由度
　2.5 多体动力学理论
　 2.5.1 多体动力学研究对象及基本概念
　 2.5.2 多刚体系统动力学
　 2.5.3 多柔体系统动力学
　 2.5.4 多体动力学求解
　 2.6 虚拟仿真软件中机械系统的运动分析
　 2.6.1 机械系统运动分析基础
　 2.6.2 机械系统运动学分析及求解
　 2.6.3 机械系统动力学分析及求解
　 2.6.4 机械系统静力学及线性化分析求解
　 2.7 ADAMs求解器算法
　 2.7.1 微分代数方程的求解算法
　 2.7.2 坐标减缩的微分方程算法
　2.8 ADAMs/View介绍及基本功能
　2.8.1 界面介绍
　2.8.2 基本操作
　 2.8.3 视图窗口设置
　 2.8.4 显示方式设置
　 2.8.5 操作环境与信息管理
中篇 有限元理论及方法
　第3章 有限元法的力学基础
　3.1 弹性力学的基本方程和边界条件
　3.2 弹性力学的变分原理
　3.2.1 应变能和应变余能
　3.2.2 虚位移原理和最小势能原理
　3.2.3 虚应力原理和最小余能原理
　3.2.4 Hellinger-Reissner变分原理
　3.2.5 胡海昌一鹫津久一郎变分原理
　3.2.6 参数变分原理
　3.3 变分原理的应用实例
　3.4 里茨法和伽辽金法
　第4章 有限元法
　　4.1 协调模型——位移元
　 4.2 平衡模型Ⅰ
　4.3 平衡模型Ⅱ
　4.4 杂交应力模型
　4.5 杂交位移模型
　　4.6 混合模型
　第5章 常用的有限元单元
　5.1 三角形单元族
　5.2 等参数单元
　5.3 奇异性单元
　 5.4 板壳单元
　 5.4.1 三角形薄板单元和薄壳单元
　 5.4.2 厚板单元和厚壳单元
　第6章 弹性动力学问题的有限元方法
　 6.1 弹性系统的动力学方程
　 6.1.1 达朗贝尔原理和动力学方程
　 6.1.2 哈密尔顿原理和动力学方程
　 6.1.3 质量矩阵
　 6.1.4 阻尼矩阵
　6.2 弹性结构的自由振动特性
　 6.2.1 特征值问题的一些特性
　 6.2.2 矩阵特征值问题的求解方法
　6.3 弹性系统的动力响应
　6.3.1 中心差分法
　6.3.2 威尔逊(Wilson-θ)法
　6.3.3 纽马克(Newmark)法
　 6.3.4 模态叠加法
下篇 应用实例
　第7章 300t门式双梁起重机虚拟仿真与分析
　 7.1 300t门式双梁起重机基本情况介绍
　7.2 300t门式双梁起重机运行状态虚拟仿真分析
　 7.2.1 300t门式双梁起重机虚拟样机建模过程
　7.2.2 300t门式双梁起重机所受载荷情况和工况
　 7.2.3 300t门式双梁起重机虚拟仿真试验分析结果
　7.3 300t门式双梁起重机典型金属结构的有限元分析
　7.3.1 起重机有限元模型建模过程
　7.3.2 起重机有限元分析计算过程
　第8章 L型门式起重机虚拟仿真与分析
　8.1 L型门式起重机基本参数与三维建模
　8.2 L型门式起重机运行状态虚拟仿真分析
　 8.2.1 L型门式起重机虚拟样机建模
　 8.2.2 L型门式起重机受载情况与虚拟仿真分析
　 8.2.3 L型门式起重机虚拟仿真分析结果
　8.3 L型门式双梁起重机典型金属结构的有限元分析
　第9章 双梁桥式起重机虚拟仿真与分析
　9.1 双梁桥式起重机虚拟样机建模
　9.2 双梁桥式起重机虚拟仿真计算结果
　第10章 40t门座式起重机典型金属结构分析
　10.1 40t门座式起重机结构分析和有限元建模
　10.2 40t门座式起重机结构件载荷和工况的确定
　10.3 40t门座式起重机有限元计算结果
附录 ADAMS软件基本操作
附录A ADAMS/View实体建模与虚拟仿真计算
A.1 建模工具与基本形状建模
A.2 复杂形体几何建模
A.3 修改几何形体与构件特征
A.4 约束机构与施加载荷
A.5 虚拟仿真分析过程与调试
附录B ADAMS/Solver求解器基本理论
B.1 ADAMS/Solver的建模语句
B.2 ADAMS/Solver的函数表达式
B.3 ADAMS/Solver的命令语句与仿真控制
附录C 虚拟仿真计算后处理的使用方法
C.1 后处理程序及基本后处理操作
C.2 仿真结果曲线绘制
C.3 输出仿真结果动画
C.4 仿真结果曲线的编辑和运算
C.5 设置和编辑曲线图的图面内容
参考文献