多体系统动力学是在经典力学基础上发展的、与大型复杂工程对象的设计紧密结合的力学学科。其研究对象是由大量物体相互联系组成的系统，研究方法立足于现代计算技术。本书系统地介绍这门学科的基本内容，共分十一章：第一、二章介绍刚体运动学和动力学的基础知识；第三章利用图论工具叙述多体系统的运动学；第四、五章分别用分析力学方法和矢量力学方法推导用相对坐标表示的多体系统动力学方程；第六章介绍凯恩方法；第七章叙述绝对坐标方法和变分方法；第八章介绍自然坐标方法；第九章叙述柔性多体系统动力学的有限元方法和绝对节点坐标方法；第十章叙述完全递推方法和单向递推组集建模方法；第十一章叙述多体系统动力学的常微分方程和微分/代数方程的多种算法，简要介绍几何数值积分方法。附录中给出阅读正文必需的数学工具。每章均有例题和习题。书末列出主要的参考文献。

本书可作为高等工科院校的工程力学、机械工程、车辆工程和航空航天工程等专业的研究生教材，也可供相关专业的教师、研究人员和工程技术人员参考。

前辅文
绪论
第一章 刚体运动学基础
  1.1 刚体的有限转动
   1.1.1 欧拉定理
   1.1.2 有限转动张量
   1.1.3 欧拉角
   1.1.4 卡尔丹角
   1.1.5 欧拉参数
   1.1.6 罗德里格参数
  1.2 刚体的无限小转动
   1.2.1 无限小转动矢量
   1.2.2 瞬时角速度和角加速度
   1.2.3 转动刚体上点的速度与加速度
  1.3 刚体的运动学方程
   1.3.1 角度坐标的运动学方程
   1.3.2 方向余弦的运动学方程
   1.3.3 欧拉参数的运动学方程
   1.3.4 罗德里格参数的运动学方程
  习题
第二章 刚体动力学基础
  2.1 牛顿-欧拉动力学方程
   2.1.1 动量与动量矩定理
   2.1.2 动量矩
   2.1.3 刚体的质量几何
   2.1.4 动能与加速度能
   2.1.5 动量矩定理
  2.2 动力学普遍方程
   2.2.1 虚功原理
   2.2.2 虚功率原理
   2.2.3 高斯原理
   2.2.4 刚体动力学方程
  2.3 拉格朗日方程
   2.3.1 广义坐标与自由度
   2.3.2 用动能表示的动力学普遍方程
   2.3.3 拉格朗日方程
   2.3.4 正则方程
  2.4 拉格朗日乘子方法
   2.4.1 第一类拉格朗日方程
   2.4.2 拉格朗日乘子的物理意义
   2.4.3 劳斯方程
  习题
第三章 多体系统的运动学
  3.1 多体系统的结构
   3.1.1 铰与邻接刚体
   3.1.2 结构的图论描述
   3.1.3 树系统的数学表达
  3.2 转动铰系统的运动学
   3.2.1 刚体的相对转动
   3.2.2 刚体的角速度与角加速度
   3.2.3 体铰矢量与通路矢量
   3.2.4 刚体的质心速度与加速度
  3.3 滑移铰系统的运动学
   3.3.1 滑移铰约束
   3.3.2 带滑移铰的树系统
   3.3.3 车辆系统
  3.4 非树系统的运动学
   3.4.1 非树系统的树形化
   3.4.2 非树系统的数学表达
   3.4.3 切断铰约束条件
  3.5 带力元系统的运动学
   3.5.1 铰的力关联
   3.5.2 力元
   3.5.3 力元的运动学
  习题
第四章 相对坐标方法
  4.1 有根树系统
   4.1.1 有根树系统的虚功率
   4.1.2 转动铰系统的动力学方程
   4.1.3 带滑移铰系统的动力学方程
  4.2 无根树系统
   4.2.1 无根系统的特点
   4.2.2 无根树系统的虚功率
   4.2.3 无根树系统的动力学方程
  4.3 非完整系统
   4.3.1 含多余坐标的完整约束
   4.3.2 非完整约束
   4.3.3 含多余坐标系统的动力学方程
  4.4 非树系统
   4.4.1 非树系统的约束条件
   4.4.2 非树系统的动力学方程
   4.4.3 拉格朗日乘子方法
  习题
第五章 矢量力学方法
  5.1 牛顿-欧拉方程
   5.1.1 有根树系统
   5.1.2 无根树系统
   5.1.3 非树系统
  5.2 增广体动力学
   5.2.1 增广体
   5.2.2 有根树系统
   5.2.3 无根树系统
  5.3 自由多体系统
   5.3.1 系统相对质心的动量矩
   5.3.2 动量矩积分
   5.3.3 主刚体的运动
  5.4 旋量方法
   5.4.1 旋量及其变换
   5.4.2 运动学的旋量表达
   5.4.3 树系统动力学的旋量表达
  习题
第六章 凯恩方法
  6.1 基本概念
   6.1.1 广义速率
   6.1.2 偏速度与偏角速度
  6.2 广义主动力与广义惯性力
   6.2.1 质点系情形
   6.2.2 刚体情形
   6.2.3 刚体系情形
  6.3 动力学方程
   6.3.1 凯恩方程
   6.3.2 凯恩方法的特点
   6.3.3 多体系统的凯恩方法
  习题
第七章 绝对坐标方法和变分方法
  7.1 绝对坐标表示的动力学方程
   7.1.1 多体系统的绝对坐标
   7.1.2 无约束刚体的动力学方程
   7.1.3 质心运动方程
   7.1.4 角度坐标表示的姿态运动方程
   7.1.5 欧拉参数表示的姿态运动方程
  7.2 约束与约束方程
   7.2.1 运动副约束
   7.2.2 总体几何约束
   7.2.3 控制约束
  7.3 拉格朗日乘子方法
   7.3.1 完整约束
   7.3.2 非完整约束
   7.3.3 冗余约束
   7.3.4 受约束系统的动力学方程
   7.3.5 动力学逆问题
  7.4 变分方法
   7.4.1 高斯最小拘束原理
   7.4.2 刚体和多体系统的拘束
   7.4.3 受约束系统的变分问题
  7.5 齐次坐标方法
   7.5.1 齐次坐标及其变换
   7.5.2 广义惯量矩阵与主动力矩阵
   7.5.3 拘束的齐次坐标表达
  习题
第八章 自然坐标方法
  8.1 自然坐标与约束方程
   8.1.1 刚体的自然坐标
   8.1.2 刚体的约束方程
   8.1.3 铰约束方程
  8.2 刚体的动力学方程
   8.2.1 刚体的平面运动
   8.2.2 刚体的空间运动
  8.3 多体系统的动力学方程
   8.3.1 动力学方程的普遍形式
   8.3.2 平面运动情形
   8.3.3 自由多体系统
  习题
第九章 柔性多体系统动力学
  9.1 浮动坐标系方法
   9.1.1 浮动坐标系
   9.1.2 质量矩阵与刚度矩阵
   9.1.3 平面梁特例
   9.1.4 动力学方程
  9.2 有限元方法
   9.2.1 有限元坐标和形函数
   9.2.2 质量矩阵与刚度矩阵
   9.2.3 动力学方程
   9.2.4 平面梁单元特例
  9.3 绝对节点坐标方法
   9.3.1 绝对节点坐标
   9.3.2 质量矩阵与刚度矩阵
   9.3.3 动力学方程
  习题
第十章 递推方法
  10.1 变形体的动力学方程
  10.2 邻接变形体的运动学
  10.3 柔性多体系统动力学完全递推方法
   10.3.1 多体系统的拓扑结构
   10.3.2 单链系统的动力学递推方程
   10.3.3 树系统的动力学递推方程
   10.3.4 非树系统的动力学递推方程
  10.4 单向递推组集建模方法
   10.4.1 单链系统的单向递推组集
   10.4.2 树系统的单向递推组集
   10.4.3 非树系统的单向递推组集
  习题
第十一章 多体系统动力学数值方法
  11.1 常微分方程数值方法
   11.1.1 常微分方程离散变量方法
   11.1.2 常微分方程数值求解的单步法
   11.1.3 常微分方程数值求解的线性多步法
   11.1.4 常微分方程数值求解的直接积分法
  11.2 微分/代数方程数值方法
   11.2.1 微分/代数方程及其微分指标
   11.2.2 指标1微分/代数方程数值求解
   11.2.3 指标2微分代数方程数值求解
   11.2.4 指标3微分/代数方程数值求解
   11.2.5 超定微分/代数方程的数值求解方法
   11.2.6 微分/代数方程状态方程求解方法
  11.3 多体系统动力学的几何数值积分方法
   11.3.1 哈密顿体系下的动力学方程
   11.3.2 辛算法
   11.3.3 能量方法
   11.3.4 变分数值积分方法
  习题
附录
  A.1 矢量
  A.2 方向余弦矩阵
  A.3 齐次坐标与旋量变换矩阵
  A.4 并矢
  A.5 四元数
参考文献
习题答案
索引
外国人名译名对照表
Synopsis
Contents

柔性机器人、可展开空间结构？必须要过这关

刘延柱，1936年生。1959年毕业于清华大学工程力学研究班。1960至1962年莫斯科大学力学数学系进修。1959至1973年清华大学工程力学系任教。1973年起上海交通大学工程力学系任教授、博士生导师。2006年退休。历任上海交通大学工程力学系主任、工程力学研究所所长、中国力学学会副理事长等。现任中国力学学会荣誉理事、《力学与实践》副主编。研究领域为刚体和多体系统动力学、非线性动力学、超大变形弹性细杆力学。著有《陀螺力学》、《多刚体系统动力学》、《航天器姿态动力学》、《充液系统动力学》、《弹性细杆的非线性力学》等著作，《理论力学》、《高等动力学》、《振动力学》、《非线性振动》、《多体系统动力学》等教材。科研成果曾获国家自然科学四等奖、两项教育部科技进步二等奖和两项上海市科技进步二等奖，多项教育部优秀教材奖。

本书主要特点是从一般力学的基本原理出发，综述各种动力学建模方法，使读者了解各种方法的基本原理、相互联系和不同特点。多体系统动力学的研究不论在理论、数值计算方法还是软件开发方面均趋于成熟与完善，研究成果被广泛应用于航空航天、车辆及机械等领域。本书初版曾是国内较早出版的多体系统动力学教材，对推动这门学科的发展起过积极作用，并于1992年获得教育部优秀教材二等奖。本次修订将原书《多刚体系统动力学》更名为《多体系统动力学》，以包容和增添多柔体系统动力学内容。同时，保留原书从力学基本原理出发综合叙述各种动力学建模方法的特色。对建模方法做了更科学的分类和必要的删减，补充了与该学科新发展相关的内容。此外，还补充了与算法有关的内容，对已有的各种算法做了综合叙述和比较。本书共10章，内容包含刚体运动学基础、刚体动力学基础、多刚体系统的动力学、使用相对坐标的多刚体系统动力学、牛顿—欧拉方法、使用绝对坐标的多刚体系统动力学、凯恩方法、完全笛卡儿坐标方法、柔性多体系统动力学、多体系统动力学的数值计算。书可作为力学、机械、航空航天等专业的研究生教学用书，也可作为从事有关工作的工程技术人员的参考书。