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内容简介

　　《柔性构件：变形场分析、重构及其应用/智能制造与机器人理论及技术研究丛书》的研究主要集中在对柔性细长杆件和薄板的变形分析上，对从经典的均质悬臂梁柔性杆变形模型到一般的柔性薄板大变形模型进行了理论阐述及案例验证。从伯努利�才防�形变力学模型、斯蒂芬·铁木辛柯力学模型入手，对比分析了基于解析解法、有限差分法、有限元法等的变形模型，逐步综合了弯曲、扭转、扭弯组合等几何非线性变形过程。
　　《柔性构件：变形场分析、重构及其应用/智能制造与机器人理论及技术研究丛书》在对柔性构件传统变形分析的基础上，引入了变形场重构的概念，即柔性构件可被看作是由有限个离散的微小段组合而成的，也可被看作是点云的集合。基于此，对柔性构件的变形分析可转化为空间点坐标重构问题，《柔性构件：变形场分析、重构及其应用/智能制造与机器人理论及技术研究丛书》重点阐述了双目视觉重构法、模型分析法以及两者的融合。在变形分析的应用方面，《柔性构件：变形场分析、重构及其应用/智能制造与机器人理论及技术研究丛书》以实例完整阐述了三维空间内全局大变形柔性杆变形可视化，以及柔性薄板在扭弯等复杂工况下动态变形场的快速重构和图像反馈等过程。

作者简介

　　冀晶晶，博士，华中科技大学机械学院讲师。分别于2008年、2014年获浙江大学机械工程工学学士和博士学位。期间，获国家留学基金委资助，赴美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）进行为期一年的联合培养。2014年5月至华中科技大学机械工程流动站从事博士后研究，出站后在数字制造装备与技术国家重点实验室从事教学科研工作。
　　主要从事机电一体化、机器人、建模以及场重构等方面的研究工作。主持国家自然科学基金、中国博士后面上项目，作为学术骨干参与国家973项目课题。在国际知名期刊发表学术文章十余篇，曾获华中科技大学机械学院“优秀博士后资助计划”、浙江大学优秀研究生一等奖、浙江大学优秀毕业生等荣誉。
　　
　　李国民（Kok-MerlgLee），男，美国麻省理工学院博士，美国总统奖获得者，IEEEFellow、ASMEFellow、IEEE／ASME Transactions on Mechatronics（TMech）主编（2008—2013）。任美国佐治亚理工学院终身教授，***“千人计划”专家，华中科技大学教授，973项目首席科学家。
　　主要研究领域为智能制造装备与技术、智能传感及驱动、复杂机电系统。主持与智能制造密切相关的美国自然科学基金、国际合作项目10余项。在智能传感器、灵巧驱动器、机器视觉、多变量热-流耦合过程建模与控制等领域取得系列成果，并广泛应用于制造工业中的检测、定位与控制、场重构、分布参数建模与控制等方面。发表相关论文300余篇，参与出版英文专著3部，授权美国与国际专利10项。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 引言
1．2 柔性构件的应用领域
1．3 柔性构件设计分析的研究现状
1．3．1 柔性构件设计的研究现状
1．3．2 柔性构件分析的研究现状
参考文献

第2章 柔性杆纯弯曲时的变形分析
2．1 等截面梁变形模型
2．1．1 小变形分析
2．1．2 大变形分析
2．2 非等截面梁变形模型
2．3 数值求解方法
2．3．1 打靶法
2．3．2 有限差分法
2．3．3 有限元法
2．4 数值求解实例
2．4．1 均匀梁
2．4．2 非均匀梁

第3章 接触状态下柔性杆纯弯曲变形分析
3．1 接触定义
3．2 卡扣变形解析模型
3．3 基于接触判定的变形求解
3．4 有限元接触变形分析
参考文献

第4章 柔性杆扭弯变形分析
4．1 非线性柔性杆变形模型
4．1．1 局部坐标系下的曲率模型
4．1．2 全局坐标系下的曲率模型
4．2 二维柔性构件的曲率模型及求解
参考文献

第5章 准静态工况下的柔性杆扭弯变形快速求解
5．1 柔性杆变形的曲率解耦方法
5．1．1 状态空间表达的曲率模型
5．1．2 离散线性化的状态空间曲率模型
5．1．3 曲率模型沿路径的离散化求解
5．1．4 柔性杆变形的快速求解
5．2 二维柔性杆的曲率模型解耦方法
5．2．1 全局坐标系下曲率模型的解耦求解
5．2．2 快速求解实例
5．3 柔性杆扭弯组合实例
5．3．1 三维柔性梁扭弯变形
5．3．2 二维柔性梁纯弯曲
参考文献

第6章 多体系统中柔性薄板扭弯变形分析
6．1 多体系统动力学建模与求解的一般过程
6．1．1 多体系统动力学建模理论
6．1．2 运动一弹性动力学分析方法
6．2 平面柔性系统运动方程
6．2．1 柔性体平面运动学
6．2．2 柔性单元的运动方程
6．2．3 多柔体系统动力学方程
6．3 数值示例
6．3．1 多体动力学有限元分析法
6．3．2 接触模型与摩擦模型
6．3．3 FEA模型的参数识别及变形分析

第7章 基于局部测量的柔性薄板变形场重构
7．1 双目视觉空间曲面重构方法
7．2 基于真实多视图图像的形状重建
参考文献

第8章 移动式柔性机器人行进过程中变形场重构
8．1 动态柔性梁变形可视化
8．1．1 前后轮的动力学模型
8．1．2 磁吸力实验测量
8．2 柔性薄壁板变形场重构
8．2．1 耦合基于模型的多视图重建
8．2．2 梁形状相似性评价和结果讨论
参考文献

前言/序言

　　柔性构件利用材料的柔性变形来传递力、位移和能量，可以消除侧隙、摩擦和磨损，具有结构简单，质量小等优点，在需要连续弯曲和扭转的场所表现出很大的优势。对柔性体变形的精确描述和控制一直是传统机械设计领域乃至智能制造领域普遍关心的问题。
　　柔性构件的变形分析是经典力学问题，有完整的力学模型。但随着科技发展的突飞猛进，智能制造的提出及推进，传统的柔性构件变形问题重新解构为新的科学问题，即：变形场问题。传统柔性梁、柔性板的变形问题可转化为空间点云的变形场重构问题。基于此，智能传感技术、数值计算技术、空间重构算法等现代新手段都可以作为求解此问题的手段。经典力学模型与现代工程手段的综合应用是本书解决柔性构件变形问题的亮点所在。区别于材料力学、弹性力学等理论类的书籍，本书以工程实际中柔性变形分析与控制的实际需求出发对全书进行框架搭建，最终的目的也是面向变形可视化、快速求解等实际工程需求。对于新算法或模型的提出，书中都尽可能以实际的工程实例进行范例说明。本书内容主要基于笔者近些年来的研究工作，有一定的创新性，与传统的教科书相比，内容上会有一定的难度。建议读者在相关理论知识学习的基础上参阅。
　　本书由李国民教授统筹，编写工作主要由冀晶晶完成，内容上汲取了李国民教授（英文名：LeeKok-Meng）及其博士生多年来的研究精华，包括Li Qiang、Yin Xuecheng、LanChao-Chieh、Guo Jiajie、Xie Yang等。本书得以完整系统地描述柔性构件变形问题离不开这些人多年的研究、积累，在此深表谢意！浙江工业大学的计时鸣教授和武汉理工大学的尹海斌教授给本书的宝贵意见对提高本书质量起到了极大的作用，笔者表示衷心的感谢！
　　由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，敬请读者不吝赐教。
　　特别声明：本书没有统一的符号表，各章的符号定义自成体系。
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