Shabana Einführung in die Mehrkörpersimulation

1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-527-67809-9
Verlag: Wiley-VCH
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 594 Seiten, E-Book

Mehrkörperdynamik ist komplex - mit diesem im Blick auf Didaktik und thematische Breite einmaligen Buch lernt man die Modellierung, Simulation und Auslegung von Mehrkörpersystemen zu beherrschen.
 
Das Buch besteht aus neun Kapiteln, die die Grundlagen und Berechnungsverfahren der Kinematik und Dynamik von Mehrkörpersystemen behandeln:
* Überblick über die im Buch verwendeten Definitionen und Notationen
* Abriss der Matrix- und Vektoralgebra sowie der verbreitetsten Methoden zur Lösung algebraischer Gleichungssysteme
Kinematik eingeschränkt beweglicher Mehrkörpersysteme
* verschiedene Formen der dynamischen Grundgleichungen auf Basis der Newtonschen Mechanik
* Lagrange-Gleichung und kanonische Form der Bewegungsgleichungen auf Grundlage des Konzepts der virtuellen Arbeit
* computergestützte Berechnungsverfahren der Mehrkörperdynamik
* räumliche Kinematik und Dynamik von Mehrkörpersystemen
* spezielle Themen der Mehrkörperdynamik: Kreiselbewegung, Rodriguez-Formel, Euler- und Rodriguez-Parameter, Quaternionen und Festkörperkontakt sowie Stabilitätsbetrachtungen mit der Eigenwertanalyse
* Beschreibung von Mehrkörpersystem-Simulationscodes anhand des verbreiteten SAMS/2000-Codes

Autoren/Hrsg.

Shabana, Ahmed A.

Weitere Mitwirkende

Heinisch, Carsten

Inhaltsverzeichnis

VORWORT
 
EINFÜHRUNG
Computergestützte Dynamik
Bewegung und Nebenbedingungen
Freiheitsgrade
Kinematische Analyse
Kraftanalyse
Bewegungsgleichungen und ihre verschiedenen Formen
Vorwärtsdynamik und inverse Dynamik
Dynamik in Ebene und Raum
Computer- und numerische Methoden
Aufbau, Zielsetzung und Notationen des Buches
 
LINEARE ALGEBRA
Matrizen
Matrixoperationen
Vektoren
Dreidimensionale Vektoren
Lösung algebraischer Gleichungen
Dreieckszerlegung
QR-Zerlegung
Singulärwertzerlegung
 
KINEMATIK
Kinematik starrer Körper
Geschwindigkeitsgleichungen
Beschleunigungsgleichungen
Kinematik eines bewegten Massenpunkts auf einem starren Körper
Kinematik unter Nebenbedingungen
Klassische kinematische Ansätze
Computergestützte kinematische Ansätze
Formulierung der Antriebsnebenbedingungen
Formulierung der Gelenknebenbedingungen
Computerimplementierung
Kinematische Modellierung und Analyse
 
DYNAMISCHE GRUNDGLEICHUNGEN
D'Alembertsches Prinzip
Newton-Euler-Gleichungen
Dynamik unter Nebenbedingungen
Erweiterte Formulierung
Lagrange-Multiplikatoren
Eliminierung abhängiger Beschleunigungen
Einbettungstechniken
Verbundene Formulierung
Offenkettige Systeme
Geschlossenkettige Systeme
 
VIRTUELLE ARBEIT UND LAGRANGE-DYNAMIK
Virtuelle Verrückungen
Kinematische Nebenbedingungen
Virtuelle Arbeit
Beispiele von Kraftelementen
Arbeitsfreie Nebenbedingungen
Prinzip der virtuellen Arbeit in der Statik
Prinzip der virtuellen Arbeit in der Dynamik
Lagrange-Gleichung
Gibbs-Appel-Gleichung
Hamiltonsche Formulierung
Beziehung zwischen virtueller Arbeit und Gauss-Eliminiation
 
DYNAMIK UNTER NEBENBEDINGUNGEN
Verallgemeinerte Trägheit
Massenmatrix und Zentrifugalkräfte
Bewegungsgleichungen
Systeme starrer Körper
Eliminierung der Kraftnebenbedingungen
Lagrange-Multiplikatoren
Bewegungsgleichungen unter Nebenbedingungen
Gelenkkräfte
Eliminierung der Lagrange-Multiplikatoren
Zustandsraumdarstellung
Numerische Integration
Algorithmus und Implementierung mit dünn besetzten Matrizen
Differential- und algebraische Gleichungen
Inverse Dynamik
Statische Analyse
 
RAUMDYNAMIK
Verallgemeinerte Verrückungen
Endliche Rotationen
Euler-Winkel
Geschwindigkeit und Beschleunigung
Verallgemeinerte Koordinaten
Verallgemeinerte Trägheitskräfte
Verallgemeinerte eingeprägte Kräfte
Dynamische Bewegungsgleichungen
Dynamik unter Nebenbedingungen
Formulierung der Gelenknebenbedingungen
Newton-Euler-Gleichungen
D'Alembertsches Prinzip
Impuls und Drehimpuls
Rekursive Methoden
 
SPEZIALTHEMEN DER DYNAMIK
Kreisel und Euler-Winkel
Rodriguez-Formel
Euler-Parameter
Quaternionen
Starrkörperkontakt
Stabilität und Eigenwertanalyse
 
MEHRKÖRPERSYSTEM-SIMULATIONSCODES
Einführung in SAMS/2000
Codestruktur
Systemidentifikation und Datenstruktur
Installation des Codes und theoretischer Hintergrund
SAMS/2000-Setup
Benutzung des Codes
Körperdaten
Nebenbedingungsdaten
Durchführung der Simulationen
Batch-Jobs
Graphische Steuerung
Animationsfähigkeiten
Raumanalyse
Besondere Module und Features des Codes

Über Autor(innen)

Ahmed A. Shabana ist Professor an der Universität Illinois in Chicago, USA. Er ist international bekannt durch seine Arbeiten auf dem Gebiet der Dynamik von Mehrkörpersystemen. Für seine hervorragende universitäre Lehre ist er mehrfach ausgezeichnet worden, unter anderem mit dem Lehrpreis der Universität Illinois.