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复杂波浪环境中超大型浮体水弹性力学及其应用国防工业出版社图书书籍

正版全新

作者: 丁军著;
出版社: 国防工业出版社
ISBN: 9787118139365
出版时间: 2022-12

装帧: 其他
开本: 16开
纸张: 胶版纸

作者: 丁军著;
出版社: 国防工业出版社
ISBN: 9787118139365

出版时间: 2022-12
装帧: 其他

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工程技术

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5077375

商品描述：

【书    名】复杂波浪环境中超大型浮体水弹性力学及其应用  国防工业出版社图书书籍
【书    号】 9787118139365
【出版社】国防工业出版社
【作    者】丁军著;
【出版日期】 2026-09-01
【开    本】 16开
【定    价】 168.00元

【内容简介】
本书从基础理论、模型试验和工程应用三大方面，系统地阐述了布置在复杂波浪环境中的超大型浮体所面临的水弹性力学问题。主要内容包括：广义水弹性力学基础理论，缓变平坦海域中浮体水弹性力学简化分析方法，Boussinesq 方程在近岸波浪传播模拟中的应用及验证，复杂波浪环境中浮体水弹性力学直接耦合分析方法，复杂波浪环境中超大型浮体水池模型试验技术，复杂波浪环境中超大型浮体水弹性分析，非均匀波浪条件下八模块超大型浮体水弹性分析、理论方法在两型平台上的实际工程应用等。
  本书可供船舶与海洋工程相关专业教师和研究生，以及从事超大型浮体研究和设计的人员参考和使用。

【目录】
# 目录

第 1 章绪论

1.1 超大型浮体发展简史

1.2 超大型浮体传统水弹性力学研究历史

1.3 复杂环境下超大型浮体水弹性理论的研究进展

1.4 本书的主要研究内容

参考文献

第 2 章广义水弹性力学理论基础

2.1 结构基本运动方程

2.2 弹性浮体的势流理论

2.2.1 基本假定

2.2.2 坐标系定义

2.3 基本方程和速度势分解

2.4 物面边界条件

2.5 水动力系数和广义波浪激励力

2.6 广义水弹性力学运动方程

2.7 小结

参考文献

第 3 章缓变平坦海域中浮体水弹性力学简化分析方法

3.1 有限均匀水深三维水弹性力学分析方法

3.1.1 基本理论

3.1.2 有限水深格林函数计算方法

3.1.3 速度势计算方法

3.2 缓变平坦海域三维水弹性力学分析方法

3.3 考虑波浪时空非均匀性影响的水弹性力学简化分析方法

参考文献

第 4 章 Boussinesq 方程的引入及验证

4.1 概述

4.2 Boussinesq 方程的导出及其特点

4.3 Boussinesq 方程的改进

4.4 近岸环境下 Boussinesq 方程波高模拟的验证

4.4.1 测点布置及试验工况

4.4.2 规则波结果对比分析

4.4.3 不规则波结果对比分析

4.5 Boussinesq 方程中流速分布假定的验证

4.6 多尺度波浪嵌套模型

4.6.1 多尺度耦合模型与交界面一致性问题

4.6.2 考虑空间非均匀性的造波方法

4.6.3 耦合模型复杂交界面匹配算法

4.6.4 复杂交界面匹配算法验证

参考文献

第 5 章复杂波浪环境中浮体水弹性力学直接耦合分析方法

5.1 基本思路

5.2 内域的三维时域水弹性分析方法

5.2.1 入射定解问题

5.2.2 散射定解问题

5.2.3 Rankine 源方法

5.2.4 自由面条件时间步进方法

5.2.5 时域水弹性力学方程

5.3 求解过程

5.4 匹配面条件验证

5.5 模型验证

5.5.1 计算模型

5.5.2 结果对比验证

5.6 小结

参考文献

第 6 章复杂波浪环境中超大型浮体水池模型试验技术

6.1 复杂波浪环境条件与浮体耦合的水池试验技术

6.2 极大型结构水弹性响应模型试验技术

6.3 考虑多模块耦合效应的水池模型试验

6.4 全系统多方案八模块超大型浮体综合演示验证试验

6.4.1 波高

6.4.2 运动

6.4.3 剖面载荷

6.4.4 连接器载荷

6.4.5 浪向角影响

参考文献

第 7 章复杂波浪环境中超大型浮体（单、三模块）水弹性分析

7.1 单模块超大型浮体水弹性分析

7.1.1 计算模型

7.1.2 规则波结果

7.1.3 不规则波结果

7.2 三模块超大型浮体水弹性分析

7.2.1 RMFC 基本理论

7.2.2 计算模型

7.2.3 结果分析

7.3 小结

参考文献

第 8 章非均匀波浪条件下八模块超大型浮体水弹性分析

8.1 计算模型

8.2 主坐标响应分析结果

8.3 规则波响应分析结果

8.3.1 波浪

8.3.2 运动

8.3.3 连接器载荷

8.4 不规则波响应分析结果

8.4.1 波浪

8.4.2 运动

8.4.3 连接器载荷

8.5 不同布置方案比较

8.6 两类耦合分析方法的对比分析

8.6.1 运动响应结果对比

8.6.2 连接器载荷响应结果对比

参考文献

第 9 章理论方法的工程应用

9.1 工程应用对象 1—— 百米级 “建设浮式平台”

9.1.1 主尺度

9.1.2 结构模型及模态分析结果

9.1.3 复杂近岸环境条件下结果分析

9.1.4 短期极值预报及设计波参数

9.1.5 屈服强度评估

9.1.6 屈曲强度评估

9.2 工程应用对象 2—— 双模块 “试验平台”

9.2.1 主尺度

9.2.2 结构模型及模态分析结果

9.2.3 复杂近岸环境条件下结果分析

9.2.4 短期极值预报及设计波参数

9.2.5 强度校核

9.2.6 海上现场实测验证

9.2.7 关键件连接系统疲劳性能评估

参考文献

附录 A 基于水弹性力学的建设平台结构应力云图

附录 B 基于水弹性力学的双模块试验平台结构应力云图

【文摘】
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【前言】
前言

海洋占地球表面面积的 71%。海洋科学研究、海洋资源开发、海洋安全保障及其他各类海洋空间利用都离不开海洋装备这个 “脊梁骨”。在海洋装备中，除了水面与水下、有人与无人船舶及各类航行器外，还有规模与大小不一、功能与形式各异的海洋浮式结构物，它们在当前与未来都有不可替代的重要作用。海洋油气资源浮式钻探与开发平台、浮式储油与转运平台、资源开发综合保障平台、船舶航运保障平台、浮式人工港池、浮式飞机跑道与空港、浮式航天发射平台、浮式空天探测基地、渔业资源开发平台、浮式试验平台、浮式旅游平台、浮式海上城市等都是一些典型的例子。陆海统筹，科学合理地利用海洋空间，是人类社会发展的必然和长期的需求。与填海造地比，采用海洋浮体，具有对周边生态环境影响小，海上施工周期短、建造效率高，可充分利用海洋装备技术与产业能力以凝聚功能、精细布局、控制质量、优化效能，可因地制宜适应海洋环境，并可迁移、重构等优点。同时，也面临着需要安全稳定系泊、需要抵抗台风等恶劣海洋环境、需要远距离运输到位与海上安装、需要抗腐蚀提高使用寿命等技术问题与经济性问题。随着人类研究认识与开发利用海洋的深度与广度的不断拓展，海洋浮式结构物必将发挥越来越大的作用。

超大型浮体（Very Large Floating Structures，VLFS）是指尺度以千米计的浮式海洋结构物。其技术复杂，覆盖了大型与中小型、单体与多体浮式结构的关键科技问题，有一系列工程应用对象。海洋的平均水深 3500m。若远离大陆岸线与岛屿布设浮式结构物，因水深过大，将显著增加系泊定位难度与经济成本。因而，诸多海洋浮式结构物需要布设在离岸不太远的略浅海域。

设计所依据的环境条件与载荷的合理程度是决定超大型浮体使用安全性的*关键因素。而合理地预估在 “复杂多变” 的波浪环境中 “漂泊不定” 的浮体结构所承受的载荷，几乎是科技界面临的 “永恒挑战”。在近岸复杂浅海环境中作业与生存的超大型浮体，其性能与安全性的评估面临四个区别于开阔海域中海洋浮体的技术挑战：

（1）在这样的海域，海底地形复杂，存在复杂地形的绕射效应，波浪传播演化与开阔深水海域完全不同；若用波浪谱描述波浪的短期统计规律，在不大的距离范围内，其谱形、谱峰值及波浪的主方向都会随位置而异。在缺乏波浪实测统计资料的情况下，如何预报超大型浮体在拟布设的局部海域将遭受的波浪环境条件，确定用于设计、随位置而异的波浪统计特征成为第*个技术挑战。

（2）海洋超大型浮体在波浪中弹性变形的幅值可能大于刚体运动幅值，弹性变形对水动力分布的耦合影响十分显著。为安全合理地设计超大型浮体结构，保证其安全性与功能，在超大型浮体的运动响应和结构分析中必须采用水弹性力学分析方法。现有的三维船舶水弹性力学理论和分析软件已广泛应用于深水或有限水深开阔海域的各类航行或驻留浮式结构物的流固耦合分析。但将一个大型浮体置于来浪时空演化不均匀、水深及海底地形足以影响其受力与响应的近岸浅海域，基于深水或有限水深格林函数势流模式的开阔海域三维水弹性力学分析方法已不再适用。海岸与近海工程学科中已有的海洋波浪传播理论关注变水深大、中、小尺度海域中波浪的生成与波高的演化，但并不研究对浮体的作用；而船舶与海洋结构学科中已有的水弹性力学理论与分析方法则仅关注开阔海域中浮体的载荷与响应，未考虑浅水域复杂海底地形遮蔽效应的影响。因此，必须发展将两者结合的新理论和新方法。

（3）对于超大型浮体，需要制成多个模块在海上组装，如果不在海上焊接为一个连续整体，就须采用连接器。连接器的刚度往往决定了多模块浮体的整体变形刚度和频率特性，而且其安装附连结构往往是浮体中的高应力区域，相关的动应力预报与安全性评估增加了诸多新的技术挑战。

（4）开展近岸海域超大型浮体在波浪中载荷与响应的模型试验研究时，试验模拟的对象不仅是比常规海洋平台更为复杂的多模块浮体、连接装置、复杂系泊系统，还包括由复杂的海洋地理环境引起的波浪多尺度传播及非均匀分布特征；不仅需测量波高，还需测量流场运动速度随水深的分布，技术更为复杂。

本书从基础理论、模型试验和工程应用三大方面，描述布设在近岸复杂海洋环境条件中的超大型浮体所面临的水弹性力学问题，图 1 所示为章节关系图。

第 1 章对超大型浮体的发展及水弹性力学理论的国内外研究现状进行综述，并回顾了目前针对复杂波浪环境中超大型浮体水弹性力学理论的研究进展。

第 2 章回顾了经典三维水弹性力学理论，为本书后续相关耦合理论的论述提供重要铺垫。

第 3 章介绍缓变平坦海域中浮体水弹性力学 “简化分析方法”。

第 4 章介绍了 Boussinesq 方程的导出过程及其特点，并以近岸复杂地形为对象，分别对 Boussinesq 方程在近岸环境条件下波高和流速分布假定两方面的正确性进行了验证，为后续耦合模型的建立奠定了基础。

第 5 章将海洋波浪传播理论、浮体三维势流理论和水弹性力学理论相结合，建立了 “复杂波浪环境中浮体水弹性力学直接耦合分析方法”。并以单模块超大型浮体为对象，初步验证了该方法的正确性和可靠性。

第 6 章跨学科融合海岸工程环境模拟水池技术和海洋工程浮式平台水动力性能水池试验技术，建立了一整套考虑复杂海底地形、暗滩遮蔽效应、多模块耦合效应、分系统耦合等因素影响的单模块和多模块浮体全系统水池模型试验技术，为理论方法的验证及改进提供了宝贵的数据。

第 7 章基于 “直接耦合分析方法”，针对复杂波浪环境中单、三模块超大型浮体开展对比分析和验证工作，为后续平台的设计、评估和建造提供了重要参考依据。

第 8 章利用前文建立的复杂波浪环境中浮体水弹性力学分析方法，以八模块超大型浮体为对象，开展非均匀波浪条件下八模块超大型浮体的水弹性响应对比分析，获得近岸非均匀波浪条件下八模块超大型浮体的运动和连接器载荷响应规律，从而为近岸超大型浮体及其连接器的结构设计与安全性评估提供技术支撑。

第 9 章针对已布置在近岸海域的百米级 “建设浮式平台” 和双模块 “试验平台”，开展包括运动、载荷和总强度评估等系列水弹性力学工程应用研究，从而为复杂近岸波浪环境下浮式平台的优化设计、性能评估和建造提供参考依据。

本书涉及的研究得到了科技部国家重点研发计划 “2022YFB3306200” 和工信部 “船舶工业 CAE 软件研发与应用” 项目的支持；同时，成稿过程中得到了吴有生院士细致入微的指导，对本书质量的提升起到了至关重要的作用；另外，本书的成果是研究团队（包括但不限于顾学康、叶永林、倪歆韵、付世晓、田超、胡嘉骏、汪雪良、孙泽、张正伟、杨鹏、陆晔、王思雨、张凯、张海成、耿彦超、马玉祥、汤明刚、陈彧超、李志伟等人）共同努力的结果。在此表示衷心的感谢！

由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，欢迎读者批评指正。

作者

2026 年 2 月
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