机械动力学课程教学大纲课程名称 : 机械动力学 (400+) 课程代码 : 学分 / 学时 :3 学分 /51 学时开课学期 : 秋季学期春季学期适用专业 : 机械设计及理论机械制造工艺与设备机械电子工程车辆工程热能与动力工程核工程建筑环境与设备先修课程 : 理论力学机械设计基础

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汀案与边
5 years ago
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1 课程代码及名称 : 机械动力学 (400+) 导师 : 王皓学分 : 3 授课语言 : 中文英文必修 / 选修 : 选修开课时间 : 秋季 / 春季学期授课方式 : 1. 课堂学习与讨论 2. 参观与演示 3. 考核方式 : 1 课堂作业 30% 2 出勤情况 10% 3 期末考试 60% 先修课程 : 1 理论力学 2 机械设计基础三 ( 机械原理 ) 课程专业要素基础理论应用 :2 学分机械工程应用 :1 学分教材 / 参考书机械动力学, 张策主编, 高等教育出版社, 第一版课程描述 : 课程主要任务是让学生初步掌握现代机械系统动力学, 尤其是多体系统动力学的建模分析和计算的基本方法, 介绍机械系统动力学方法在机器人动力学回转机械动力学车辆动力学动力机械航天器动力学生物运动力学等多个领域的应用与发展课程培养目标 [Related ME Program Outcomes in brackets] 1. 掌握机械动力学建模和分析的基本原理 [A3] 2. 掌握机械动力学学科的基本概念和理论分析方法, 包括动力学正问题与逆问题动力学分析和综合方法多刚体动力学方法等基本理论知识, 为未来从事研究生深造的学生提供基础 ; [A4] 3. 机械动力学分析实践能力的锻炼, 培养学生运用机械动力学建模和分析方法, 对实际机械系统进行动力学分析的能力, 了解机器人动力学回转机械动力学车辆动力学等领域应用, 具备从事机械系统动态性能分析和设计的工程应用能力 ;[A5,B2] 相关课程培养目标标准 : A3. 工程技术基础 A4. 数学或逻辑学的基础知识 A5. 相关专业基础知识及技能撰写者 : 王皓发布时间 : 1

2 机械动力学课程教学大纲课程名称 : 机械动力学 (400+) 课程代码 : 学分 / 学时 :3 学分 /51 学时开课学期 : 秋季学期春季学期适用专业 : 机械设计及理论机械制造工艺与设备机械电子工程车辆工程热能与动力工程核工程建筑环境与设备先修课程 : 理论力学机械设计基础三 ( 机械原理 ) 后续课程 : 高等机械动力学 ( 研究生课程 500+) 开课单位 : 机械与动力工程学院一课程性质和教学目标 ( 需明确各教学环节对人才培养目标的贡献, 专业人才培养目标中的知识能力和素质见附表 ) 课程性质 : 随着科技的飞速发展, 现代机械系统的动力学分析设计和控制技术成为机械产品技术水平和市场竞争力的关键之一本科生机械动力学课程为我院机械工程专业的一门专业选修课课程将介绍现代机械系统动力学的建模分析和计算的基本方法和软件工具, 以及在机器人动力学回转机械动力学车辆动力学动力机械航天器动力学运动生物力学等多个领域的应用与发展, 使学生掌握高水平机械系统分析和设计的方法, 拓宽知识面和视野教学目标 : 课程的教学目标是让学生初步掌握现代机械系统动力学, 尤其是多体系统理论的建模分析和计算的基本方法, 达到初步掌握简单机械系统的动力学分析方法, 了解机械动力学学科发展的前沿问题和相关领域工程应用的目的, 为学习后继课程从事相关领域的工程技术工作科学研究, 以及开拓新技术领域, 打下坚实的基础具体包括基础知识理论方法和工程应用三个方面的教学目标 : 1. 基础知识教学目标 : 掌握机械动力学建模和分析的基本原理 [A3] 2

3 2. 理论方法教学目标 : 掌握机械动力学学科的基本概念和理论分析方法, 包括动力学正问题与逆问题动力学分析和综合方法多刚体动力学方法等基本理论知识, 为未来从事研究生深造的学生提供基础 ;[A4] 3. 工程应用教学目标 : 机械动力学分析实践能力的锻炼, 培养学生运用机械动力学建模和分析方法, 对实际机械系统进行动力学分析的能力, 了解机器人动力学回转机械动力学车辆动力学等领域应用, 具备从事机械系统动态性能分析和设计的工程应用能力 ;[A5,B2] 二课程教学内容及学时分配 ( 含实践自学作业讨论等的内容及要求 ) 1. 引言 (2 学时 ) 内容 : 机械系统动力学的发展历史 ; 机械系统动力学的研究前沿 ; 机械系统动力学的研究对象机械动力学分析和综合的概念, 机械动力学正问题和逆问题的概念, 重点 : 机械动力学分析水平的四个层次及假设 2. 机械系统的动态静力分析 (4 学时 ) 内容 : 机构动态静力分析的概述 ; 平面机构的动态静力分析, 机器人机械系统动力学逆问题及在控制上的应用补充基础知识机器人运动分析的雅克比矩阵, 机器人运动学正问题和逆问题重点 : 动态静力分析方程各项的物理含义课堂作业 :2 自由度串联机器人运动学推导 3. 机械系统的平衡 (4 学时 ) 内容 : 平面机构平衡的概述 ; 平面连杆机构惯性力的完全平衡 ; 平面连杆机构惯性力矩的完全平衡 ; 平面连杆机构的优化平衡平面机构惯性力平衡的广义质量替代法和线性独立矢量法重点 : 机构惯性力平衡的条件 3

4 难点 : 广义质量替代法课堂作业 : 平面机构惯性力平衡的广义质量替代法和线性独立矢量法的比较和讨论 4. 单自由度系统动力学 (4 学时 ) 内容 : 单自由度机系统动力学建模方法概述 ; 作用在机械系统上的力 ; 等效力学模型 ; 运动方程式的求解方法 ; 稳定运动状态的动力学分析 ; 周期性速度波动的调节重点 : 单自由度动力学模型等效质量和等效力的计算方法课堂作业 : 单自由度回转机械系统动力学建模 5. 多单自由度系统动力学 (4 学时 ) 内容 : 多自由度机系统动力学建模方法概述 ; 拉格朗日第二类方程, 广义坐标, 广义力, 拉格朗日函数拉格朗日第二类方程建模过程 ; 牛顿欧拉方程, 约束方程, 牛顿欧拉方程与约束方程的联立求解方法,2 自由度五杆机构动力学模型重点 : 拉格朗日第二类方程建模过程难点 : 牛顿欧拉方程与约束方程的联立求解方法 6. 多体系统动力学理论方法简介 (6 学时 ) 内容 : 多自由度机械系统动力学概述 ; 多体系统动力学的结构描述关联矩阵通路矩阵, 多体系统动力学的运动学分析方法体铰矢量矩阵通路矢量矩阵, 多体系统动力学的动力学建模过程, 二自由度串联机械系统的动力分析和动力学建模方法重点 : 多提系统拓扑结构与运动学递推分析关系课堂作业 : 二自由度串联机械臂动力学方程推导 7. 机电一体化动力学建模方法 (4 学时 ) 内容 : 机电一体化系统的动力学问题, 多领域建模方法, 虚功原理方法键合图建模方法, 线性图建模方法, 流变量势变量的概念, 多领域模型的计算问题 4

5 重点 : 多领域建模的线性图方法 8. 机械系统动力学的软件工具介绍 (4 学时 ) 内容 : 多体系统动力学分析软件 ADAMS 简介 ; 动力学分析与控制一体化仿真软件 Simulink 简介; 动力学仿真软件演示课堂演示和上机操作 :ADAMS 软件演示 ;SimMechanics 软件操作实践 9. 工业操作机动力学及控制 (4 学时 ) 约束操作与自由操作, 平面 3 自由度串联机器人动力学建模, 平面 3 自由度并联机器人动力学建模, 机器人装配过程的动力学问题, 机器人被动顺应方法和主动顺应控制, 顺应中心概念, 远中心顺应装置, 顺应装置的刚度设计重点 : 机器人顺应过程动力学难点 : 顺应中心概念 10. 步行机器人动力学及应用 (4 学时 ) 内容 : 机器人动力学简介, 动力学逆问题与机器人控制, 步行机器人动力学与建模, 动态步行的稳定性问题, 零力矩点动态行走的动力学平衡条件, 重点 : 步行机器人动力学难点 : 动态步行的稳定性问题课堂作业 : 单自由度步行动力学模型推导 11. 车辆动力学及应用 (4 学时 ) 内容 : 完整约束与非完整约束, 车轮行驶的非完整约束动力学模型, 车辆前向纵向横向动力学问题, 被动和主动悬架原理重点 : 车轮行驶的非完整约束动力学模型难点 : 非完整约束的概念课堂作业 : 车轮非完整约束模型推导 5

6 12. 力反馈操作系统与虚拟现实 (4 学时 ) 内容 : 虚拟现实和增强现实技术简介, 力觉概念, 力反馈操作装置, 力控制原理, 三维沉浸式显示技术原理课堂演示和上机操作 : 力反馈操作系统演示和操作实践 ; 三维沉浸式虚拟现实演示考试和答疑 (3 学时 ) 三教学方法课程教学以课堂讲解为主, 结合课堂作业 ( 测验 ) 参观实践等手段本课程采用现有教材为主, 结合部分自编讲义和参考书为辅助的教学资料讲义根据培养目标设计内容, 内容由浅入深, 在理论内容讲授中结合案例分析, 使学生易于理解机械动力学的理论方法具体如下 : i. 强化理论讲授与实际案例结合, 每个理论方法的讲授, 先讲解实际例子, 而后总结理论方法, 分析过程形象, 易于理解 ; ii. 除了机械动力学基本原理的讲授外, 将对工业操作机步行机器人汽车动力学等动力学应用问题展开讲授, 切实做到理论结合实际 iii. 通过课堂作业, 学生讨论和推导, 加强学生的积极思维和创造思维训练 ; iv. 演示实践, 体会知识在实践中的作用, 培养融会贯通的应用能力 6

7 课堂教学流程设计框图 7

8 四考核及成绩评定方式对课程考核方式 : 开卷笔试 + 平时作业课堂作业 30% 出勤情况 10% 期末考试 60% 五教材及参考书目教材 : 机械动力学, 张策主编, 高等教育出版社, 第一版参考书目 : 1. 刘延柱, 高等动力学, 高等教育出版社, 机械动力学, 张策主编, 高等教育出版社, 第二版 3. Dietemar Gross. etc, Engineering Mechanics III Dynamics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 (MIT 教材 ) 8

课程代码及名称: ME 300 工程流体力学

课程代码及名称: ME 300 工程流体力学课程代码及名称 : ME6021 计算机图形学导师 : Peizhong Yang, Dan Jiang 必修 / 选修 : 选修授课方式 : 1. 普通授课 2. 课堂练习与讨论考核方式 : 1. Homework:30% 2. Course Design: 30% 3. Exam: 40% 学分 : 3 授课语言 : 中文开课时间 : 秋季学期先修课程 : Linear Algebra