基於RecurDyn V9之多體動力學
活動訊息
內容簡介
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 轉換介面)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 (控制分析模組)、MTT3D(送紙機構模組)等為主要撰寫內容，依照多體系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。
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臺
1.3 FunctionBay公司簡介
1.4 RecurDyn軟體指令介面簡介
第2章 單擺動力學與接點控制
2.1 單擺動力學
2.2 單擺的位移控制
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 平面四連桿的曲柄搖桿機構動力分析
3.2 空間連桿機構的3D曲柄滑塊動力分析
3.3 單平面動平衡補償
3.4 雙平面動平衡補償
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 實體對曲面（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 行星齒輪系與皮帶輪之結合碰撞模擬仿真
第5章 多體系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子系統進階範例
6.1 印表機MTT3D子系統模組
6.2 履帶Track（HM）子系統模組
6.3 引擎多體系統模組
6.4 拉伸實驗破壞分析模擬仿真
第7章 多體系統之撓性體（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 多體系統之控制分析
8.1 RecurDyn/Colink控制分析
8.2 倒單擺控制分析：RecurDyn-MATLAB/Simulink
8.3 RecurDyn與外部高階Fortran語言程式連結控制分析
8.4 RecurDyn與外部高階C++語言程式連結控制分析
第9章 多體系統之振動分析
9.1 RecurDyn模擬仿真一個自由度線性振動分析
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臺
1.3 FunctionBay公司簡介
1.4 RecurDyn軟體指令介面簡介
第2章 單擺動力學與接點控制
2.1 單擺動力學
2.2 單擺的位移控制
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 平面四連桿的曲柄搖桿機構動力分析
3.2 空間連桿機構的3D曲柄滑塊動力分析
3.3 單平面動平衡補償
3.4 雙平面動平衡補償
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 實體對曲面（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 行星齒輪系與皮帶輪之結合碰撞模擬仿真
第5章 多體系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子系統進階範例
6.1 印表機MTT3D子系統模組
6.2 履帶Track（HM）子系統模組
6.3 引擎多體系統模組
6.4 拉伸實驗破壞分析模擬仿真
第7章 多體系統之撓性體（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 多體系統之控制分析
8.1 RecurDyn/Colink控制分析
8.2 倒單擺控制分析：RecurDyn-MATLAB/Simulink
8.3 RecurDyn與外部高階Fortran語言程式連結控制分析
8.4 RecurDyn與外部高階C++語言程式連結控制分析
第9章 多體系統之振動分析
9.1 RecurDyn模擬仿真一個自由度線性振動分析
9.2 RecurDyn模擬仿真一個自由度扭轉振動分析
參考文獻
序／導讀
序言
動力學之研究對象，狹義而言，指機械系統之動態行為；廣義而言則指一切物質系統、工程系統、生物系統、經濟系統乃至社會系統之動態行為。在了解動態行為的基礎上，進一步欲控制系統之行為，使之符合吾人之各種要求，遂有控制理論及應用之發展。由此可見，兩者關係之密切及其重要性自不待言。所謂機械系統之動態行為及其控制，係指以牛頓力學為基礎之一般原理與宏觀系統之力學現象及其控制。它主要包括分析動力學、非線性動力學、振動理論、運動穩定性、多體系統動力學（包括機器人、陀螺力學）及控制理論。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啟蒙，然後於美國伊利諾大學芝加哥分校攻讀博士之時，更接受了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，在機械系統設計逐漸成熟之際，一般皆需要製造出產品的原型（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，設計分析的工作除了可以在一般電腦的工作環境下建模（CAD），並且與數值控制工具機結合製造（CAM）之外，還可以運用數值模擬分析技術，在電腦中建立出虛擬原型的系統與環境，來模擬分析多體系統的真實動態行為，以確認其功能符合原來的設計目標，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軟體結合電腦科技、多體動力學、機動學、數值分析、電腦繪圖與影像處理等方面的技術，組合成一個功能與應用面皆非常廣泛的虛擬原型設計平臺。除了傳統典型的機械系統，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）、機電整合控制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、新興的資訊產業與非線性力學領域提供實用的工程分析與系統研發工具。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困難，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，以便因應我國產業朝向研究與設計方向轉型發展所需。
本書作者自美學成返臺任教後，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，有感於國內少有系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，出版這本書目的，旨在：
一、提供大專院校機械相關科系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了解與分析。
三、提供工業界人士學習基礎多體系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（線性分析模組）、Solver（求解器）、STEP（STEP轉換介面）與進階模組—RecurDyn/Toolkit（工具包分析模組）、RecurDyn／Flex（彈性分析模組）、RecurDyn／Control（控制分析模組）、MTT3D（送紙機構模組）等作為主要撰寫內容，依照多體系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了然，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制函數。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。第五章針對多體系統的剛體動力學分析應用。第六章介紹一些RecurDyn子系統進階範例。第七章探討多體系統撓性體分析與基本應用範例。第八章針對多體系統控制分析與簡單應用範例。第九章從事單自由度系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軟體之了解與認識。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／慶熙大學機械系Prof. Jinhwan Choi與臺灣虎門科技公司廖偉志副總不吝授權使用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系的動態系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、林家弘、莊凱翔、謝氏娜與陳靖廷的幫忙校對和訂正，也很感謝五南出版社王正華主編的支持與幫忙，俾使本書能付梓出版。尤其要感謝家人們對本書作者從事教學與研究工作之體諒，謹以此書獻給我的家人。本書作者才疏學淺，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「多體系統動力學」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，指機械系統之動態行為；廣義而言則指一切物質系統、工程系統、生物系統、經濟系統乃至社會系統之動態行為。在了解動態行為的基礎上，進一步欲控制系統之行為，使之符合吾人之各種要求，遂有控制理論及應用之發展。由此可見，兩者關係之密切及其重要性自不待言。所謂機械系統之動態行為及其控制，係指以牛頓力學為基礎之一般原理與宏觀系統之力學現象及其控制。它主要包括分析動力學、非線性動力學、振動理論、運動穩定性、多體系統動力學（包括機器人、陀螺力學）及控制理論。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啟蒙，然後於美國伊利諾大學芝加哥分校攻讀博士之時，更接受了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，在機械系統設計逐漸成熟之際，一般皆需要製造出產品的原型（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，設計分析的工作除了可以在一般電腦的工作環境下建模（CAD），並且與數值控制工具機結合製造（CAM）之外，還可以運用數值模擬分析技術，在電腦中建立出虛擬原型的系統與環境，來模擬分析多體系統的真實動態行為，以確認其功能符合原來的設計目標，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軟體結合電腦科技、多體動力學、機動學、數值分析、電腦繪圖與影像處理等方面的技術，組合成一個功能與應用面皆非常廣泛的虛擬原型設計平臺。除了傳統典型的機械系統，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）、機電整合控制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、新興的資訊產業與非線性力學領域提供實用的工程分析與系統研發工具。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困難，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，以便因應我國產業朝向研究與設計方向轉型發展所需。
本書作者自美學成返臺任教後，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，有感於國內少有系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，出版這本書目的，旨在：
一、提供大專院校機械相關科系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了解與分析。
三、提供工業界人士學習基礎多體系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（線性分析模組）、Solver（求解器）、STEP（STEP轉換介面）與進階模組—RecurDyn/Toolkit（工具包分析模組）、RecurDyn／Flex（彈性分析模組）、RecurDyn／Control（控制分析模組）、MTT3D（送紙機構模組）等作為主要撰寫內容，依照多體系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了然，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制函數。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。第五章針對多體系統的剛體動力學分析應用。第六章介紹一些RecurDyn子系統進階範例。第七章探討多體系統撓性體分析與基本應用範例。第八章針對多體系統控制分析與簡單應用範例。第九章從事單自由度系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軟體之了解與認識。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／慶熙大學機械系Prof. Jinhwan Choi與臺灣虎門科技公司廖偉志副總不吝授權使用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系的動態系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、林家弘、莊凱翔、謝氏娜與陳靖廷的幫忙校對和訂正，也很感謝五南出版社王正華主編的支持與幫忙，俾使本書能付梓出版。尤其要感謝家人們對本書作者從事教學與研究工作之體諒，謹以此書獻給我的家人。本書作者才疏學淺，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「多體系統動力學」的領域上能有所精進，更上一層樓。
黃運琳 謹識
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