圖書描述
本書特色以RecurDyn V9的基本模組-Solid(前後處理器)、Linear(振動分析模組)、Solver(求解器)、STEP(STEP 轉換介麵)與進階模組-Gear(齒輪元件模組)、Chain(鏈條分析模組)、Belt(皮帶分析模組)、HM-Track(高速履帶模組)、Flexible(彈性分析模組)、Control (控製分析模組)、MTT3D(送紙機構模組)等為主要撰寫內容，依照多體係統模型在建構時的工作順序加以編排，期使常用的指令格式能夠一目瞭然，以便於本書之初學者或進階使用者的參考與研習。本書以實際的範例檔案來編寫，可以提供使用者之進階應用與相關運用引申。
著者信息
作者簡介
黃運琳
畢業於美國伊利諾大學Chicago分校機械工程博士與科羅拉多大學Boulder分校機械碩士，目前任教於國立虎尾科技大學之機械設計工程係暨研究所教授。主要從事於機械固力，多體動力學，振動量測與模態分析，CAD/CAE，精密機械設計與控製以及生物力學等方麵的教學與研究工作。發錶學術與會議論文150餘篇以上。有興趣的讀者可以透過網路拜訪作者之個人網站(hwang.nfu.edu.tw或140.130.17.36 )，歡迎蒞臨並踴躍留言指教。
黃運琳
畢業於美國伊利諾大學Chicago分校機械工程博士與科羅拉多大學Boulder分校機械碩士，目前任教於國立虎尾科技大學之機械設計工程係暨研究所教授。主要從事於機械固力，多體動力學，振動量測與模態分析，CAD/CAE，精密機械設計與控製以及生物力學等方麵的教學與研究工作。發錶學術與會議論文150餘篇以上。有興趣的讀者可以透過網路拜訪作者之個人網站(hwang.nfu.edu.tw或140.130.17.36 )，歡迎蒞臨並踴躍留言指教。
圖書目錄
第1章 前言與軟體介紹
1.1 軟體簡介
1.2 多學科與多物理場一體化的模擬仿真平颱
1.3 FunctionBay公司簡介
1.4 RecurDyn軟體指令介麵簡介
第2章 單擺動力學與接點控製
2.1 單擺動力學
2.2 單擺的位移控製
2.3 庫存函數介紹
2.4 庫存函數範例
2.5 RecurDyn使用Bushing接點之滑動範例
2.6 RecurDyn使用Bushing接點之轉動範例
第3章 機構剛體動力與平衡分析
3.1 平麵四連桿的麯柄搖桿機構動力分析
3.2 空間連桿機構的3D麯柄滑塊動力分析
3.3 單平麵動平衡補償
3.4 雙平麵動平衡補償
第4章 機構運動與動力分析中的接觸碰撞問題
4.1 實體對實體（Solid to Solid）接觸碰撞
4.2 實體對麯麵（Solid to Surface）接觸碰撞
4.3 齒輪或凸輪接觸碰撞
4.4 皮帶與皮帶輪接觸碰撞
4.5 鏈條與鏈輪接觸碰撞
4.6 球在管路中接觸碰撞
4.7 行星齒輪係與皮帶輪之結閤碰撞模擬仿真
第5章 多體係統的剛體動力學分析
5.1 Rotating Spherical Chamber
5.2 Rotating Governor Mechanism
5.3 Two Ball Bearing
第6章 RecurDyn子係統進階範例
6.1 印錶機MTT3D子係統模組
6.2 履帶Track（HM）子係統模組
6.3 引擎多體係統模組
6.4 拉伸實驗破壞分析模擬仿真
第7章 多體係統之撓性體（柔體）分析
7.1 RecurDyn與ANSYS撓性體（柔體）分析
7.2 RecurDyn之FFlex撓性體（柔體）分析
7.3 RecurDyn之MESHER與FDR撓性體（柔體）分析
7.4 RecurDyn之DFRA直接頻率響應分析
第8章 多體係統之控製分析
8.1 RecurDyn/Colink控製分析
8.2 倒單擺控製分析：RecurDyn-MATLAB/Simulink
8.3 RecurDyn與外部高階Fortran語言程式連結控製分析
8.4 RecurDyn與外部高階C++語言程式連結控製分析
第9章 多體係統之振動分析
9.1 RecurDyn模擬仿真一個自由度綫性振動分析
9.2 RecurDyn模擬仿真一個自由度扭轉振動分析
參考文獻
1.1 軟體簡介
1.2 多學科與多物理場一體化的模擬仿真平颱
1.3 FunctionBay公司簡介
1.4 RecurDyn軟體指令介麵簡介
第2章 單擺動力學與接點控製
2.1 單擺動力學
2.2 單擺的位移控製
2.3 庫存函數介紹
2.4 庫存函數範例
2.5 RecurDyn使用Bushing接點之滑動範例
2.6 RecurDyn使用Bushing接點之轉動範例
第3章 機構剛體動力與平衡分析
3.1 平麵四連桿的麯柄搖桿機構動力分析
3.2 空間連桿機構的3D麯柄滑塊動力分析
3.3 單平麵動平衡補償
3.4 雙平麵動平衡補償
第4章 機構運動與動力分析中的接觸碰撞問題
4.1 實體對實體（Solid to Solid）接觸碰撞
4.2 實體對麯麵（Solid to Surface）接觸碰撞
4.3 齒輪或凸輪接觸碰撞
4.4 皮帶與皮帶輪接觸碰撞
4.5 鏈條與鏈輪接觸碰撞
4.6 球在管路中接觸碰撞
4.7 行星齒輪係與皮帶輪之結閤碰撞模擬仿真
第5章 多體係統的剛體動力學分析
5.1 Rotating Spherical Chamber
5.2 Rotating Governor Mechanism
5.3 Two Ball Bearing
第6章 RecurDyn子係統進階範例
6.1 印錶機MTT3D子係統模組
6.2 履帶Track（HM）子係統模組
6.3 引擎多體係統模組
6.4 拉伸實驗破壞分析模擬仿真
第7章 多體係統之撓性體（柔體）分析
7.1 RecurDyn與ANSYS撓性體（柔體）分析
7.2 RecurDyn之FFlex撓性體（柔體）分析
7.3 RecurDyn之MESHER與FDR撓性體（柔體）分析
7.4 RecurDyn之DFRA直接頻率響應分析
第8章 多體係統之控製分析
8.1 RecurDyn/Colink控製分析
8.2 倒單擺控製分析：RecurDyn-MATLAB/Simulink
8.3 RecurDyn與外部高階Fortran語言程式連結控製分析
8.4 RecurDyn與外部高階C++語言程式連結控製分析
第9章 多體係統之振動分析
9.1 RecurDyn模擬仿真一個自由度綫性振動分析
9.2 RecurDyn模擬仿真一個自由度扭轉振動分析
參考文獻
圖書序言
序言
動力學之研究對象，狹義而言，指機械係統之動態行為；廣義而言則指一切物質係統、工程係統、生物係統、經濟係統乃至社會係統之動態行為。在瞭解動態行為的基礎上，進一步欲控製係統之行為，使之符閤吾人之各種要求，遂有控製理論及應用之發展。由此可見，兩者關係之密切及其重要性自不待言。所謂機械係統之動態行為及其控製，係指以牛頓力學為基礎之一般原理與宏觀係統之力學現象及其控製。它主要包括分析動力學、非綫性動力學、振動理論、運動穩定性、多體係統動力學（包括機器人、陀螺力學）及控製理論。這是當前國際科技與學術非常活躍的研究領域。本書作者在美國科羅拉多大學攻讀碩士之際，受到K. C. Park、C. A. Felippa和M. Geradin等教授在多體動力學領域上的啓濛，然後於美國伊利諾大學芝加哥分校攻讀博士之時，更接受瞭Ahmed A. Shabana教授在多體動力學領域上的教導與訓練，奠定本書作者在多體動力學領域上的基礎。
在機械設計的領域中，最重要的是設計目標功能之滿足與達成。一個好的機械工程師，在機械係統設計逐漸成熟之際，一般皆需要製造齣産品的原型（Prototype）來加以測試與驗證。實際上，由於尋找材料與製造的試作程序，對公司或工廠而言，都需要耗費相當高的時間與成本。近年來，由於電腦科技的快速演進與發展，設計分析的工作除瞭可以在一般電腦的工作環境下建模（CAD），並且與數值控製工具機結閤製造（CAM）之外，還可以運用數值模擬分析技術，在電腦中建立齣虛擬原型的係統與環境，來模擬分析多體係統的真實動態行為，以確認其功能符閤原來的設計目標，以便降低實際開模製造測試所需之成本費用。總而言之，在傳統的機械設計當中，導入CAE新興工具，可以運用更短的設計時程、更佳的設計品質來應付日趨激烈的市場競爭。
RecurDyn軟體結閤電腦科技、多體動力學、機動學、數值分析、電腦繪圖與影像處理等方麵的技術，組閤成一個功能與應用麵皆非常廣泛的虛擬原型設計平颱。除瞭傳統典型的機械係統，如汽車與航太飛行器等之外，也可以應用在彈性物體（撓性體或柔體）、機電整閤控製乃至於機器人與人體運動力學模擬或仿真的跨領域之中，為傳統工業、新興的資訊産業與非綫性力學領域提供實用的工程分析與係統研發工具。因此，其學習門檻也較一般電腦輔助軟體為高，形成在此CAE軟體教導與學習上的睏難，於是有此書撰寫的構想，期望能夠有效地協助有興趣的大專學生、研究生或工程師，降低在初學CAE軟體時的障礙，並且進一步引發深入研究與運用這些CAE軟體的能力，以便因應我國産業朝嚮研究與設計方嚮轉型發展所需。
本書作者自美學成返颱任教後，即從事多體動力學與振動力學相關領域之教學及研究工作，有感於國內少有係統化之多體動力學教材以及RecurDyn軟體之更新，所以著手撰寫此書，齣版這本書目的，旨在：
一、提供大專院校機械相關科係有關多體動力學課程之應用軟體入門教本。
二、提供初學者對多體動力學基本概念之瞭解與分析。
三、提供工業界人士學習基礎多體係統動力學分析之參考用書。
本書介紹電腦輔助工程設計與分析的概念及其理論基礎．並且以RecurDyn V9R1的基本模組RecurDyn/Professional-Solid（前後處理器）、Linear（綫性分析模組）、Solver（求解器）、STEP（STEP轉換介麵）與進階模組—RecurDyn/Toolkit（工具包分析模組）、RecurDyn／Flex（彈性分析模組）、RecurDyn／Control（控製分析模組）、MTT3D（送紙機構模組）等作為主要撰寫內容，依照多體係統模型在建構時的工作順序加以編排，期使常用的指令格式能夠一目瞭然，以便於本書之使用與研習。本書以實際的範例檔案編寫，可以提供使用者之進階參考與相關引申應用。
本書之架構與安排說明如下：第一章為多體動力學的介紹以及RecurDyn軟體的發展背景與相關指令之簡介。第二章則簡介單擺的動力學分析與相關控製函數。第三章介紹各類四連桿機構剛體動力學分析。第四章探討機構運動與動力分析中的接觸碰撞問題。第五章針對多體係統的剛體動力學分析應用。第六章介紹一些RecurDyn子係統進階範例。第七章探討多體係統撓性體分析與基本應用範例。第八章針對多體係統控製分析與簡單應用範例。第九章從事單自由度係統振動分析與相關應用範例。本書第二章之後的各個章節均以適當之應用例題展示說明操作步驟，另外，按照本書作者的學習過程及教學經驗，讀者若能充分自我學習，自然可以反映學習效果，而且增進對RecurDyn軟體之瞭解與認識。同時亦能舉一反三，增進學習效率，拓展讀者們的應用領域與範圍。
本書作者誠摯地感謝韓國原廠FunctionBay公司／慶熙大學機械係Prof. Jinhwan Choi與颱灣虎門科技公司廖偉誌副總不吝授權使用RecurDyn之最新說明手冊及其相關技術資料，令本書的內容得以更加充實；而國立虎尾科技大學機械設計工程係的動態係統實驗室內之所有前後期的同學們長時間之投入與努力，更是本書得以完成問世的重要關鍵。這本書之所以能夠順利完成，要感謝很多人。首先感謝我的研究生吳昱緯、鍾宇翔、林傢弘、莊凱翔、謝氏娜與陳靖廷的幫忙校對和訂正，也很感謝五南齣版社王正華主編的支持與幫忙，俾使本書能付梓齣版。尤其要感謝傢人們對本書作者從事教學與研究工作之體諒，謹以此書獻給我的傢人。本書作者纔疏學淺，如果有明顯錯誤漏失之處，尚請各位讀者能不吝指正。最後，本書作者以誠摯感恩的心祝福各位研究同好與讀者們在「多體係統動力學」的領域上能有所精進，更上一層樓。
黃運琳 謹識
動力學之研究對象，狹義而言，指機械係統之動態行為；廣義而言則指一切物質係統、工程係統、生物係統、經濟係統乃至社會係統之動態行為。在瞭解動態行為的基礎上，進一步欲控製係統之行為，使之符閤吾人之各種要求，遂有控製理論及應用之發展。由此可見，兩者關係之密切及其重要性自不待言。所謂機械係統之動態行為及其控製，係指以牛頓力學為基礎之一般原理與宏觀係統之力學現象及其控製。它主要包括分析動力學、非綫性動力學、振動理論、運動穩定性、多體係統動力學（包括機器人、陀螺力學）及控製理論。這是當前國際科技與學術非常活躍的研究領域。本書作者在美國科羅拉多大學攻讀碩士之際，受到K. C. Park、C. A. Felippa和M. Geradin等教授在多體動力學領域上的啓濛，然後於美國伊利諾大學芝加哥分校攻讀博士之時，更接受瞭Ahmed A. Shabana教授在多體動力學領域上的教導與訓練，奠定本書作者在多體動力學領域上的基礎。
在機械設計的領域中，最重要的是設計目標功能之滿足與達成。一個好的機械工程師，在機械係統設計逐漸成熟之際，一般皆需要製造齣産品的原型（Prototype）來加以測試與驗證。實際上，由於尋找材料與製造的試作程序，對公司或工廠而言，都需要耗費相當高的時間與成本。近年來，由於電腦科技的快速演進與發展，設計分析的工作除瞭可以在一般電腦的工作環境下建模（CAD），並且與數值控製工具機結閤製造（CAM）之外，還可以運用數值模擬分析技術，在電腦中建立齣虛擬原型的係統與環境，來模擬分析多體係統的真實動態行為，以確認其功能符閤原來的設計目標，以便降低實際開模製造測試所需之成本費用。總而言之，在傳統的機械設計當中，導入CAE新興工具，可以運用更短的設計時程、更佳的設計品質來應付日趨激烈的市場競爭。
RecurDyn軟體結閤電腦科技、多體動力學、機動學、數值分析、電腦繪圖與影像處理等方麵的技術，組閤成一個功能與應用麵皆非常廣泛的虛擬原型設計平颱。除瞭傳統典型的機械係統，如汽車與航太飛行器等之外，也可以應用在彈性物體（撓性體或柔體）、機電整閤控製乃至於機器人與人體運動力學模擬或仿真的跨領域之中，為傳統工業、新興的資訊産業與非綫性力學領域提供實用的工程分析與係統研發工具。因此，其學習門檻也較一般電腦輔助軟體為高，形成在此CAE軟體教導與學習上的睏難，於是有此書撰寫的構想，期望能夠有效地協助有興趣的大專學生、研究生或工程師，降低在初學CAE軟體時的障礙，並且進一步引發深入研究與運用這些CAE軟體的能力，以便因應我國産業朝嚮研究與設計方嚮轉型發展所需。
本書作者自美學成返颱任教後，即從事多體動力學與振動力學相關領域之教學及研究工作，有感於國內少有係統化之多體動力學教材以及RecurDyn軟體之更新，所以著手撰寫此書，齣版這本書目的，旨在：
一、提供大專院校機械相關科係有關多體動力學課程之應用軟體入門教本。
二、提供初學者對多體動力學基本概念之瞭解與分析。
三、提供工業界人士學習基礎多體係統動力學分析之參考用書。
本書介紹電腦輔助工程設計與分析的概念及其理論基礎．並且以RecurDyn V9R1的基本模組RecurDyn/Professional-Solid（前後處理器）、Linear（綫性分析模組）、Solver（求解器）、STEP（STEP轉換介麵）與進階模組—RecurDyn/Toolkit（工具包分析模組）、RecurDyn／Flex（彈性分析模組）、RecurDyn／Control（控製分析模組）、MTT3D（送紙機構模組）等作為主要撰寫內容，依照多體係統模型在建構時的工作順序加以編排，期使常用的指令格式能夠一目瞭然，以便於本書之使用與研習。本書以實際的範例檔案編寫，可以提供使用者之進階參考與相關引申應用。
本書之架構與安排說明如下：第一章為多體動力學的介紹以及RecurDyn軟體的發展背景與相關指令之簡介。第二章則簡介單擺的動力學分析與相關控製函數。第三章介紹各類四連桿機構剛體動力學分析。第四章探討機構運動與動力分析中的接觸碰撞問題。第五章針對多體係統的剛體動力學分析應用。第六章介紹一些RecurDyn子係統進階範例。第七章探討多體係統撓性體分析與基本應用範例。第八章針對多體係統控製分析與簡單應用範例。第九章從事單自由度係統振動分析與相關應用範例。本書第二章之後的各個章節均以適當之應用例題展示說明操作步驟，另外，按照本書作者的學習過程及教學經驗，讀者若能充分自我學習，自然可以反映學習效果，而且增進對RecurDyn軟體之瞭解與認識。同時亦能舉一反三，增進學習效率，拓展讀者們的應用領域與範圍。
本書作者誠摯地感謝韓國原廠FunctionBay公司／慶熙大學機械係Prof. Jinhwan Choi與颱灣虎門科技公司廖偉誌副總不吝授權使用RecurDyn之最新說明手冊及其相關技術資料，令本書的內容得以更加充實；而國立虎尾科技大學機械設計工程係的動態係統實驗室內之所有前後期的同學們長時間之投入與努力，更是本書得以完成問世的重要關鍵。這本書之所以能夠順利完成，要感謝很多人。首先感謝我的研究生吳昱緯、鍾宇翔、林傢弘、莊凱翔、謝氏娜與陳靖廷的幫忙校對和訂正，也很感謝五南齣版社王正華主編的支持與幫忙，俾使本書能付梓齣版。尤其要感謝傢人們對本書作者從事教學與研究工作之體諒，謹以此書獻給我的傢人。本書作者纔疏學淺，如果有明顯錯誤漏失之處，尚請各位讀者能不吝指正。最後，本書作者以誠摯感恩的心祝福各位研究同好與讀者們在「多體係統動力學」的領域上能有所精進，更上一層樓。
黃運琳 謹識
圖書試讀
近三十年來，撓性多體係統動力學（Dynamics of flexible multibody systems）的研究受到很大的關注。多體剛柔耦閤係統已經越來越多地被用來作為諸如各種機器人、機構／機器、鏈係、纜係、空間架構和生物力學係統等實際係統的模型。Huston[1]認為︰「多體動力學是目前應用力學方麵最活躍的領域之一，如同任何發展中的領域一樣，多體動力學正擴展到許多子領域。最活躍的一些子領域是︰類比與控製方程式的錶述法、電腦數值計算方法、圖解錶示法以及實際應用。這些領域裏的每一個都充滿著研究契機。」多柔體係統動力學近年來快速發展的主要推展力是傳統機械工業、車輛工程、軍用裝備、機器人、航太工業現代化和高速化。傳統的機械裝置通常比較粗重，且作動速度較慢，因此可以視為由剛體組成的係統。而新一代的高速、輕型機械裝置，要在負載／自重比很大、作動速度較高的情況下，從事準確的定位和運動，針對關鍵零件的變形，特彆是變形的動力學效應就不能不加以考慮瞭。在學術和理論上也很有意義。關於多柔體動力學方麵已有不少綜閤論述性文章[2]。
在多體係統動力學係統中，剛體部分︰無論是建模、數值計算、先前的學者專傢們都已經做得相當完善，並且已經發展齣非常成熟的相關軟體[3]。但是對撓性多體剛柔耦閤係統的研究纔剛開始一段時間，且撓性體完全不同於剛性體，齣現瞭一些多剛體動力學中不曾遇到的問題，如︰復雜多體剛柔耦閤係統動力學建模方法的研究，復雜多體剛柔耦閤係統動力學建模程式化與計算效率的研究、大變形及大晃動的復雜多體剛柔耦閤係統動力學研究、方程式求解的矩陣剛性數值穩定性的研究、剛柔耦閤高度非綫性問題的研究、剛—彈—液—控製組閤的復雜多體剛柔耦閤係統的運動穩定性理論研究、變拓撲架構的多體剛柔耦閤係統動力學與控製、復雜多體剛柔耦閤係統動力學中的離散化與控製中的模態階段的研究等專題領域[4]。撓性多體動力學的發展又是與現代電腦和計算分析技術蓬勃發展密切相關的，高性能的電腦使復雜多體動力學的模擬仿真成為可能，特彆是電腦功能將有更大的發展，撓性多體動力學因此抓住這個時機，加強多體動力學的計算分析法研究和軟體發展[5]。
在多體係統動力學係統中，剛體部分︰無論是建模、數值計算、先前的學者專傢們都已經做得相當完善，並且已經發展齣非常成熟的相關軟體[3]。但是對撓性多體剛柔耦閤係統的研究纔剛開始一段時間，且撓性體完全不同於剛性體，齣現瞭一些多剛體動力學中不曾遇到的問題，如︰復雜多體剛柔耦閤係統動力學建模方法的研究，復雜多體剛柔耦閤係統動力學建模程式化與計算效率的研究、大變形及大晃動的復雜多體剛柔耦閤係統動力學研究、方程式求解的矩陣剛性數值穩定性的研究、剛柔耦閤高度非綫性問題的研究、剛—彈—液—控製組閤的復雜多體剛柔耦閤係統的運動穩定性理論研究、變拓撲架構的多體剛柔耦閤係統動力學與控製、復雜多體剛柔耦閤係統動力學中的離散化與控製中的模態階段的研究等專題領域[4]。撓性多體動力學的發展又是與現代電腦和計算分析技術蓬勃發展密切相關的，高性能的電腦使復雜多體動力學的模擬仿真成為可能，特彆是電腦功能將有更大的發展，撓性多體動力學因此抓住這個時機，加強多體動力學的計算分析法研究和軟體發展[5]。
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