帆板流体动力性能与最佳航线的研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:地质大学

作者:柏开祥

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2007-11

价格:33.00元

装帧:

isbn号码:9787562521785

丛书系列:

图书标签:

• 帆板
• 流体动力学
• 航线优化
• 帆船
• 运动学
• 数值模拟
• 风力
• 水动力
• 性能分析
• 船舶工程

《深海巨构：海洋工程结构物的抗风浪设计与数值模拟》 内容简介 本书系统深入地探讨了海洋工程领域中，特别是深水和超深水环境下，大型结构物（如海洋平台、海上风力发电基础、深海采矿设备等）所面临的复杂流体动力载荷、结构响应及其优化设计策略。全书内容围绕“工程挑战—理论建模—数值模拟—结构优化”这一核心逻辑展开，旨在为海洋工程领域的科研人员、设计工程师和高级学员提供一套严谨、前沿且实用的技术参考。 第一部分：海洋环境载荷的精确描述与预测 本部分着重于构建和理解作用于海洋结构物的主要环境载荷。 第一章：海洋风场与波浪场特性分析 详细介绍了影响海洋结构物安全的关键环境因素。内容涵盖了不同海域的气象学特征，包括极端风速的统计模型（如威布尔分布、帕雷托分布的应用）。在波浪理论方面，深入讲解了线性波浪理论的局限性，并重点阐述了非线性波浪模型，如斯科特-沃纳（Scott-Warnaer）模型和高阶谱模型（Higher-Order Spectral Method, HOSM）在模拟极端海况下的优势。此外，本书还引入了耦合风浪场的研究方法，探讨了风场对波浪运动的反馈作用，以及由此产生的复杂载荷模式。 第二章：水动力载荷的理论基础与计算方法 本章是全书的基础核心之一，聚焦于流体与结构相互作用的物理机制。首先回顾了欧拉方程和纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程在海洋工程问题中的简化与应用。随后，详细介绍了物体绕流理论，包括Morison方程的适用范围与修正、二维及三维势流理论（Potential Flow Theory）在计算流体力学（CFD）预处理中的应用。特别关注了流体弹性力学（Fluid-Structure Interaction, FSI）中，针对柔性立管、系泊缆绳等长细结构所采用的夸封（Kutta-Joukowski）假设和欧拉-伯努利梁理论的耦合分析。 第三章：极端与罕遇载荷的概率评估 本章侧重于工程安全评估中的不确定性处理。系统梳理了极端波浪事件的统计分析方法，如冷点分析（Cooling Down Analysis）和极值理论（Extreme Value Theory, EVT）。书中详细阐述了如何利用蒙特卡洛模拟和拉丁超立方抽样等方法，对结构物在服役期内遭遇的设计标准风浪（如50年一遇、100年一遇）的概率分布进行量化。此外，还讨论了由波浪破碎、风浪爬升（Wave Crest Excitation）引起的脉冲式冲击载荷的识别与量化模型。 第二部分：海洋工程结构物的动力响应与抗损耗设计 本部分将理论载荷转化为对实际工程结构的力学影响，并提出相应的工程对策。 第四章：深海系泊与浮式结构物的运动响应分析 针对浮式生产储油装置（FPSO）、半潜式平台等，本章探讨了其六自由度（6-DOF）运动响应。详细介绍了时域（Time Domain）和频域（Frequency Domain）分析方法的适用性对比。重点分析了二次非线性效应，如静力导向力（Drift Force）的计算，以及波浪力在不同水深下的衰减特性。针对超深水条件下的系泊系统，深入解析了缆绳的非线性动力学行为，包括悬垂效应（Catenary Effect）和疲劳载荷积累。 第五章：固定与导管架结构物的水下冲击与疲劳分析 本章聚焦于刚性结构物，尤其是导管架平台。详细讨论了水下结构物与泥沙相互作用的土-结构耦合动力学问题。针对疲劳寿命评估，引入了基于谱分析的Miner法则与改进的有效载荷谱方法。书中特别展示了水下结构物在湍流边界层作用下，由小尺度涡流引起的涡激振动（Vortex-Induced Vibration, VIV）的建模与抑制技术，特别是针对立管外加防振附件（如螺旋导流器）的减振效率评估。 第六章：海上风电基础结构的耦合动力学与抗冲击设计 针对日益普及的海上风电，本章专门研究了单桩基础、导管架基础以及漂浮式基础的特殊动力学问题。分析了风机叶片转动产生的动载荷与波浪载荷的叠加效应。在抗冲击设计方面，重点探讨了冰载荷（在寒冷海域）、船舶碰撞（Ship Impact）以及海底拖拽物（如锚链）对基础结构的瞬态冲击响应。书中提供了基于性能的设计（Performance-Based Design）理念在抗倾覆和抗沉降判据中的应用实例。 第三部分：先进数值模拟技术与结构优化 本部分面向高精度计算和工程实用性，介绍了当前最先进的计算方法和优化工具。 第七章：计算流体力学（CFD）在海洋工程中的高级应用 本书详细介绍了基于有限体积法（FVM）的高精度RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）模型在模拟分离流和湍流中的应用。重点展示了如何利用动网格技术（Moving Mesh）和浸入式边界方法（Immersed Boundary Method, IBM）处理复杂边界的运动，例如平台晃荡、管道的弯曲变形。书中提供了处理气液固三相流问题的VOF（Volume of Fluid）和多相流模型的建立与求解策略，特别是在模拟浪花飞溅（Splash Zone）和气穴现象（Cavitation）时的经验参数设定。 第八章：流固耦合分析（FSI）的实用化流程与验证 本章阐述了从载荷输入到结构反馈的完整FSI分析流程。区分了单向耦合（载荷驱动结构）和双向耦合（结构运动反馈流场）的计算需求。内容包括基于有限元方法（FEM）的结构动力学求解器与基于有限体积法（FVM）的流体求解器的耦合策略，如数据插值、时间步长匹配等技术难题的解决方案。此外，强调了物理模型试验（如风洞试验、拖曳水池试验）在验证CFD/FEM耦合模型准确性中的关键作用。 第九章：结构轻量化与抗腐蚀的优化设计 本书的最后一章聚焦于面向全寿命周期的结构优化。介绍了拓扑优化（Topology Optimization）在确定最优支撑结构布局中的应用，以及变分几何优化在减少结构水下阻力方面的潜力。在材料选择方面，深入探讨了高强度钢、复合材料（FRP）以及新型超高混凝土（UHPC）在海洋环境下的长期性能衰减模型。着重分析了电化学腐蚀与微生物诱导腐蚀（MIC）对结构安全裕度的影响，并提出了主动保护（如阴极保护）与被动防护（如高分子涂层）的协同优化方案，以实现结构的最优性价比和最长服役寿命。

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这本书的真正价值，可能在于它对“不确定性”的包容和处理方式。在描述航线优化时，作者并未沉溺于完美的理想模型，反而将大量的篇幅投入到了对随机风场扰动和船体非线性响应的建模上。这体现了一种非常成熟的工程观——世界是混乱的，而我们的目标是建立一个能在混乱中保持鲁棒性的系统。我特别留意了作者在“卡尔曼滤波”应用部分的处理，他不仅解释了滤波器的作用，更深入探讨了传感器噪声对“最佳估计”路径的漂移效应，并提出了一种基于自适应窗口的修正算法。这种对现实世界复杂性的尊重和积极应对，使得本书的内容显得极为可靠和贴近实战。读完之后，我不再相信“绝对最优解”的存在，而是明白了“在当前条件下最好的权衡”才是真正的目标，这份务实态度令人敬佩。

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这部新作读起来真是令人眼前一亮，作者似乎以一种近乎诗意的笔触，将枯燥的科学原理与航海实践的浪漫完美地融合在了一起。我尤其欣赏他对“势能”与“动能”在不同海况下相互转化的细腻描绘，那种仿佛能透过文字感受到海风拂面、船体倾斜的沉浸感，是很多专业书籍望尘莫及的。书中对于复杂流体力学模型的简化处理方式，既保证了学术上的严谨性，又极大地提升了非专业读者（比如我这种对船舶工程只略知一二的爱好者）的接受度。特别是关于波浪能捕获效率的章节，作者似乎引入了一种全新的拓扑学视角来分析水面形变，这种跨学科的思维碰撞，让人不得不拍案叫绝。全书行文流畅自然，逻辑推导层层递进，读完之后，我对大海的认知维度被极大地拓宽了，不再仅仅是看风景的蓝色背景，而是一个充满着精妙物理法则的动态系统。那种探求事物本质的渴望，在这本书中得到了极大的满足。

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翻开这本书，我立刻被其严谨而又充满逻辑跳跃性的结构所吸引。作者在开篇就构建了一个宏大而又精密的理论框架，仿佛在邀请读者一同进入一个由矢量场和偏微分方程构筑的迷宫。我深感震撼的是，作者对“最优控制理论”在轨迹规划中的应用进行了大胆而又成功的实验性论证。这不仅仅是简单的计算，更是一种对效率的极致追求。书中的图表设计极具现代感，那些复杂的计算流体力学（CFD）模拟结果被清晰地用三维渲染图展现出来，直观地揭示了边界层分离点对整体性能的敏感性。有一处关于“最小阻力路径”的论述尤其精妙，它似乎暗示着自然界中存在着一种隐藏的、普遍适用的几何规律，指导着一切流体介质的运动。这种对规律的深度挖掘，使得本书的价值远远超出了单纯的技术手册范畴，它更像是一部关于“如何以最优雅的方式与自然互动”的哲学宣言。

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这本书的排版和图示设计，简直是教科书级别的典范。每一个图表都经过了精心的布局，配色克制而专业，完全避免了视觉上的喧宾夺主。令人称道的是，作者对于某些关键物理现象的解释，采用了非常独特的类比方法。比如，他将流体分离现象比作音乐中的“失真”，形象地阐述了能量如何在非预期状态下被耗散。这种文学性和科学性的完美结合，使得阅读过程本身成为了一种愉悦的智力探险。更重要的是，全书的引用和参考文献的组织方式极为规范和详尽，为后续希望深入研究某一特定子领域的读者，铺设了一条清晰的学术路径。总而言之，这是一部信息密度极高、但阅读体验极佳的著作，它不仅传授了知识，更塑造了一种严谨而富有创造力的研究方法论。

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说实话，一开始我有点担心这本书会过于偏向理论推导，毕竟“动力性能”这几个字听起来就充满了公式。然而，这本书的叙事节奏把握得非常好。作者高明之处在于，他总能在一个关键的理论节点上，穿插一个生动的历史案例或者一个实际的工程挑战。比如，他对比了不同历史时期帆船设计中对“干舷”处理方式的演变，并将其与现代水动力学理论进行对接，这种古今对话的方式，让抽象的流体力学概念瞬间落地生根。书中的语言风格，时而如大学课堂般条理清晰，时而又像经验丰富的船长在甲板上分享心得般充满实战智慧。这种多层次的叙事策略，极大地降低了阅读门槛，使得即便是对精确数学不甚精通的读者，也能领会到其中蕴含的深刻洞见，那就是工程的艺术性与科学性的统一。

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