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出版者:

作者:范育军

出品人:

页数:318

译者:

出版时间:2011-1

价格:38.00元

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isbn号码:9787811338836

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《海洋工程结构设计与施工》 内容提要： 本书深入探讨了现代海洋工程结构物的设计理论、分析方法以及施工技术。 聚焦于平台、导管架、海上风电基础、海底管道等关键结构在恶劣海洋环境下的力学行为、疲劳损伤以及安全评估。 详细阐述了波浪、风力、海流等环境载荷的精确模拟，以及结构响应的数值计算技术，特别是有限元分析在海洋工程中的应用。 同时，本书也覆盖了先进材料在海洋环境下的腐蚀防护、检测技术，以及大型海上结构的安装和维护工艺。 旨在为海洋工程领域的工程师、研究人员和研究生提供全面且深入的技术参考。 --- 第一章 绪论：海洋工程的挑战与发展 海洋作为地球上最广阔的资源宝库，为能源开发、交通运输和通信提供了广阔的空间。 本章首先界定了海洋工程的范畴，涵盖了近海与深海工程活动，重点关注固定式和浮式海洋结构物（如钻井平台、FPSO、水下生产系统）。 接着，分析了海洋环境的复杂性和极端性，包括巨浪、强风、深海水压以及腐蚀环境，这些环境因素对结构安全性和经济性提出了极高的要求。 本章将回顾海洋工程技术的发展历程，从早期的浅水固定结构到当前趋向于深水、超深水的柔性系泊系统和智能化监测系统，为后续章节奠定理论基础和工程背景。 强调了结构设计必须在满足功能性需求的同时，充分考虑环境载荷的动态特性和结构材料的可靠性。 第二章 海洋环境载荷的精确评估 结构物的安全稳定运行，首先依赖于对其所受环境载荷的准确认识和量化。 本章系统性地介绍了影响海洋结构的主要环境因素及其建模方法。 2.1 波浪载荷的理论与应用： 详细阐述了线性波浪理论（如 Airy 波）和非线性波浪理论（如 Stokes 波、斯科特-金斯理论）在描述海浪运动中的适用性。 重点讲解了波浪谱模型的选择，如 JONSWAP 谱和 Pierson-Moskowitz 谱，及其在随机波模拟中的应用。 进而，推导了作用于立柱、导管架腿管等几何体上的拖曳力（Morison 公式）和绕射力（水动力学理论），特别是对于直径较大的结构，如何从拖曳力为主过渡到绕射力为主的计算范式。 2.2 风载荷与水流载荷： 分析了风场对上部结构和立柱的作用模式，包括静力作用和脉动效应。 针对不同水深和流速条件下的水流阻力计算，引入了流体力学中的阻力系数概念，并讨论了波浪与水流复合作用下的载荷叠加方法。 2.3 冰载荷与地震载荷（特定区域）： 对于高纬度地区，冰载荷（如冰压、冰挤压）是决定结构寿命的关键因素。 本章介绍了冰的力学性质测试和冰载荷的计算模型。 此外，针对地震活动带的结构，探讨了海底地震动输入和结构动力响应分析。 第三章 海洋结构动力学与响应分析 海洋结构通常是柔性的，并且直接承受时变的、随机的外部激励，因此动力学分析是结构设计的核心。 3.1 结构自由度与模态分析： 建立了梁、壳、板等典型海洋结构单元的动力学方程，包括质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的构建。 详细演示了特征值问题求解，确定结构的固有频率和振型，这是进行模态叠加法分析的前提。 特别关注了柔性立柱和系泊索的振动特性。 3.2 水-结构相互作用（FSI）： 阐述了流体与固体结构相互作用的理论模型。 介绍了附加质量效应和水体阻尼的引入方式，区分了完全浸没体和与水面接触体的水动力耦合建模。 3.3 随机振动理论与谱分析： 鉴于波浪输入的随机性，本章重点介绍利用功率谱密度函数（PSD）进行随机响应分析的方法。 通过输入谱与结构传递函数的卷积，计算结构的均方根（RMS）响应，进而评估疲劳损伤和极限状态下的应力水平。 第四章 结构系统设计与稳定性评估 本章将理论分析转化为具体的工程设计规范与评估流程。 4.1 极限状态设计方法（LRFD）： 详细解读了国际主流设计规范（如 API RP 2A-WSD/LRFD）中的可靠性指标和载荷系数、抗力系数的取值原则。 侧重于对海洋结构至关重要的“极限承载力”的评估，包括屈曲、塑性屈服和整体失稳。 4.2 导管架结构设计： 导管架作为经典的固定式结构，本章将深入分析其在深水环境下的设计要点，包括腿管的屈曲控制、接头节点（如 T 型、K 型节点）的强度校核，以及基础设计中的地基-结构相互作用。 4.3 浮式结构（TLP, SPAR, Semi-submersible）的系泊与运动： 针对浮式结构，重点分析其运动响应与系泊系统的耦合设计。 讨论了系泊缆索的非线性张力分析、水动力补偿技术，以及如何通过调整系泊布置来控制平台的吃水和静力平衡。 第五章 材料、腐蚀与疲劳寿命预测 海洋环境对材料的严苛性要求结构必须具备长期可靠性。 5.1 海洋工程材料选择： 对比分析了高强度钢、耐候钢和新型复合材料（如 FRP）在海洋结构中的应用优势与限制。 讨论了焊接质量控制对结构整体性能的影响。 5.2 海水腐蚀机理与防护： 深入讲解了电化学腐蚀的机制，特别是氯离子对钢材的影响。 系统介绍了牺牲阳极保护（SACP）、外加电流阴极保护（ICCP）的设计与维护，以及涂层系统的选择和失效分析。 5.3 疲劳寿命评估与损伤容限： 疲劳是海洋结构最主要的失效模式。 本章详细介绍基于应力-应变法的 S-N 曲线法和基于断裂力学的应力强度因子法（Crack Propagation）进行疲劳寿命预测。 重点讲解了 Morison 载荷引起的局部应力循环和波浪弯矩引起的整体应力循环的组合分析方法，并讨论了损伤累积的 Miner 准则。 第六章 海上结构施工、安装与监测技术 从设计蓝图到实际交付，施工和安装环节的技术决策至关重要。 6.1 大型模块化施工与运输： 探讨了预制、模块化建造的工艺流程，以及重型运输船（HLV）在结构部件运输过程中的稳定性控制。 6.2 整体安装与提升技术： 详细介绍了导管架的桩基施工（打桩、灌浆）、整体或分体海上吊装技术。 针对浮式平台，阐述了系泊系统在海上连接时的精确张力控制和安装顺序。 6.3 结构健康监测（SHM）系统： 介绍了光纤光栅、应变计、加速度计在海洋结构上的分布式传感网络构建。 探讨了实时数据采集、处理和疲劳损伤预警系统的集成方案，以实现从设计寿命到实际服役寿命的动态管理。 总结： 本书内容体系完整，从基础的环境载荷输入，到复杂的结构动力学响应，再到具体的材料选择和施工安装，全面覆盖了现代海洋工程结构从概念设计到运行维护的全生命周期技术要求。 结构组织遵循了工程分析的逻辑顺序，深入浅出，理论与工程实例并重，是海洋工程专业人员不可或缺的工具书。

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我是一名资深的船舶运营经理，见过的相关资料数不胜数，但很少有能像《船舶原理与积载》这样，将理论的严谨性和操作的灵活性结合得如此完美。这本书的深度远超我的预期，特别是关于船体变形和应力分析的那几部分，引入了很多最新的计算方法和规范解读。它没有停留在传统的刚体假设上，而是深入探讨了海洋环境载荷对柔性船体的影响，这对于设计超大型船舶或特定用途船舶至关重要。我特别喜欢作者在讨论复杂工况时，那种抽丝剥茧的分析逻辑，它能帮助我们预判在极端海况下船舶可能出现的结构隐患。这本书的参考文献和引用的标准也非常新，显示出作者紧跟时代步伐，没有满足于陈旧的知识体系。对于我这种需要为船队安全运营负责的人来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种前瞻性的风险管理工具。

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这本书的排版和图文质量简直是一流的享受！我是一个非常注重阅读体验的人，如果一本书设计得粗糙，即使内容再好，我可能也提不起兴趣去看完。这本《船舶原理与积载》在视觉上做到了极高的水准。线条清晰的剖面图，色彩准确的结构示意图，还有那些高质量的照片，都极大地辅助了对复杂概念的理解。比如，在讲解抗沉性设计时，那些动态的受损模型图，让抽象的“水密性”概念变得触手可及。更值得称赞的是，作者在行文中保持了一种非常成熟和内敛的学术风格，遣词造句精准有力，绝无半点拖沓或卖弄学问的痕迹。它成功地将一门高度依赖视觉辅助的工程学科，转化成了一场高质量的文字和图像交响乐。读起来，不仅是知识的吸收，更是一种对精美工业设计的欣赏过程。

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从一个船舶设计专业的学生角度来说，这本书的价值在于它的系统性和前瞻性。很多教科书往往只关注了原理的“是什么”，但这本书却花了大量篇幅去探讨“未来趋势”。比如，书中对新型材料在船体结构中的应用潜力进行了探讨，并分析了这些新材料对传统船舶设计规范带来的挑战。这种将基础原理与未来技术发展相结合的叙事方式，对于我们这些即将踏入行业的新人来说，无疑指明了学习的方向。它不仅巩固了我们对经典理论的理解（比如流体动力学在船模试验中的应用），更重要的是，它引导我们去思考如何将这些原理应用于解决尚未完全解决的工程难题。这本书让我对船舶工程领域的广阔前景充满了信心，它不仅仅是一本“教你如何造船”的书，更是一本“教你如何思考未来船舶”的启迪之作，对培养创新型工程师具有不可替代的作用。

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说实话，我对专业技术书籍通常抱有警惕，因为很多都是干巴巴的理论堆砌，读起来昏昏欲睡。但《船舶原理与积载》完全颠覆了我的印象！它最吸引我的地方在于它对“积载”这一环节的深入探讨。在实际的航运操作中，如何科学有效地装载货物，直接关系到船舶的安全和经济效益。这本书对不同类型货物的特性、系固方法以及对船舶稳性的影响分析得极其透彻。我尤其欣赏作者对于“强度极限”和“载荷分布”的分析角度，它不仅仅是教你如何装货，更是在训练你的风险意识和决策能力。书中配的那些图示和案例分析，真实到让人感觉就像在驾驶台或者货舱里一样。那种对细节的把握，比如不同甲板的应力集中点，都体现了作者深厚的行业经验。这本书不像是冷冰冰的教材，更像是一份结合了工程学智慧和实战经验的宝贵手册，绝对是业内人士案头常备的利器。

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这本《船舶原理与积载》简直是为我这种航海新手量身定做的宝典！我记得我刚开始接触船舶设计的时候，面对那些复杂的流体力学公式和船体结构图，简直是头大。这本书的叙述方式非常清晰，作者似乎很有耐心，把那些抽象的原理用非常直观的例子给解释透了。比如，关于稳性那一章，作者没有堆砌枯燥的数学模型，而是通过一个个实际的案例，让我们理解为什么有些船在风浪中会显得那么稳定，而有些则摇摇欲坠。特别是对“初稳性高”和“重心”的阐述，真的是通俗易懂。对于我这种实践经验不足的初学者来说，这本书的价值在于，它不仅教会了我“是什么”，更重要的是，它让我明白了“为什么是这样”。阅读过程中，我感觉自己仿佛有位经验丰富的导师在身边悉心指导，每翻过一页，对船舶世界的认知就加深一层。这本书的结构安排也很合理，从最基础的船体几何到深入的结构强度，层层递进，让人读起来非常顺畅，没有那种知识点跳跃带来的困惑感。

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draft 吃水 稳性

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