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符号表1

第1章 引论3

1.1 前言3

1.2 海洋工程结构物的分类3

1.2.1 大型物体和小型物体8

1.2.2 响应和激励的分类11

1.2.3 水动力特性的计算方法17

1.3 参考文献18

第2章 环境19

2.1 波浪19

2.1.1 海况的概念19

2.1.2 逐渡分析19

2.1.3 谱分析20

2.1.4 短期统计22

2.1.5 几个常用的谱36

2.1.6 长期统计40

2.2 风43

2.2.1 风速随高度的变化43

2.2.2 风速随参考时间的变化44

2.2.3 速度频率谱44

2.2.4 设计值的定义46

2.3 流47

2.4 内波47

2.5 平均水位的变化48

2.6 设计值的组合49

2.7 参考文献49

第3章 波浪模拟51

3.1 一般方程53

3.2 一阶近似54

3.2.1 规则波（艾里波）54

3.2.2 不规则波（多色波）63

3.2.3 一阶近似的有效性64

3.2.4 拉伸模型65

3.3 二阶近似69

3.3.1 规则波（二阶斯托克斯波）70

3.3.2 双色波71

3.3.3 不规则波73

3.4 三阶近似76

3.4.1 规则波（三阶斯托克斯波）76

3.4.2 多色波78

3.5 N阶规则波79

3.5.1 流函数（或傅里叶）方法79

3.5.2 五阶斯托克斯波81

3.5.3 极限波陡的规则波84

3.6 波浪的非线性演化86

3.6.1 规则波的稳定性87

3.6.2 异常波的模拟92

3.7 参考文献93

第4章 小型物体96

4.1 势论96

4.1.1 水流中的固定圆柱体96

4.1.2 静止流体中的运动圆柱体97

4.1.3 一般情形98

4.2 海流中的圆柱体99

4.2.1 倾斜效应102

4.2.2 粗糙圆柱体102

4.2.3 非圆剖面柱体103

4.2.4 三维效应105

4.2.5 升力105

4.2.6 邻近效应107

4.2.7 海流中靠近海底的圆柱体109

4.3 振荡流中的圆柱体109

4.3.1 低KC数时的阻力系数113

4.3.2 非圆剖面柱体114

4.3.3 振荡流中靠近海底的圆柱体115

4.3.4 轨道流中的圆柱体116

4.4 正弦流与海流中的圆柱体116

4.4.1 同向的情况116

4.4.2 管路的稳定性与尾流模型119

4.4.3 垂直情况121

4.5 流诱导的振动124

4.5.1 漩涡分离诱导的振动124

4.5.2 诱导振动的抑制131

4.5.3 振荡流中的诱导振动133

4.5.4 顺流向的不稳定性137

4.5.5 驰振137

4.6 广义莫里森公式139

4.7 纳维—斯托克斯方程的数值解142

4.8 参考文献144

第5章 大型物体——线性理论147

5.1 引言147

5.2 规则波中的线性响应151

5.2.1 固有周期152

5.2.2 绕射和辐射的数值求解问题153

5.3 求解方法154

5.3.1 （拟）解析方法154

5.3.2 数值方法167

5.3.3 近似方法168

5.4 多个物体的情况172

5.5 自由液面和液舱内的晃动172

5.6 不规则波中的响应175

5.7 运动方程的时域解176

5.8 线性理论的有效性与局限性177

5.8.1 固定结构上的力177

5.8.2 浮式结构的波浪响应178

5.9 驳船和FPSO的横摇182

5.9.1 二次公式的依据183

5.9.2 系数BQ的确定183

5.9.3 对运动方程中粘性阻尼的考虑184

5.9.4 横摇最大值的统计分布188

5.10 参考文献189

第6章 大型物体——二阶效应191

6.1 引言191

6.2 规则波中的漂移力192

6.2.1 堤上的平均力192

6.2.2 垂直圆柱体上的漂移力193

6.2.3 浮式结构上的漂移力195

6.2.4 与试验结果的比较197

6.2.5 粘性效应199

6.2.6 海流的效应200

6.3 规则波中的倍频力205

6.4 双色波中的二阶力210

6.4.1 和频二阶力211

6.4.2 差频二阶力211

6.4.3 雷尼方程212

6.5 不规则波中的二阶力217

6.6 锚泊性能218

6.6.1 锚泊系统计算的传统方法219

6.6.2 慢漂运动的考虑221

6.7 慢漂运动的阻尼222

6.7.1 漂移阻尼225

6.7.2 锚泊线产生的阻尼227

6.7.3 船体上的粘性阻尼230

6.7.4 各种贡献的相对重要性237

6.8 慢漂运动的时域模拟239

6.9 升沉、横摇和纵摇中的低频振荡244

6.10 高频谐振（弹振）245

6.11 参考文献247

第7章 大型物体——其他非线性效应250

7.1 高阶绕射力250

7.1.1 三阶绕射力253

7.1.2 数值波浪水池254

7.1.3 非线性作用力的简化公式256

7.2 水动力冲击258

7.2.1 一般公式259

7.2.2 局部压力262

7.3 参数不稳定性265

7.4 穿孔结构269

7.4.1 穿孔壁的边界条件269

7.4.2 一个一般性情况——多孔圆柱体271

7.4.3 其他结构形式273

7.5 参考文献275

第8章 水池试验277

8.1 引言277

8.2 模拟原理与尺度效应278

8.2.1 一般原理278

8.2.2 尺度效应279

8.2.3 模型比尺的选择280

8.3 试验水池的描述281

8.3.1 水池的类型281

8.3.2 造波与消波284

8.4 有关波浪的寄生现象291

8.4.1 造波机的近场291

8.4.2 横向与纵向的固有模式291

8.4.3 波浪生成时波幅的调制292

8.4.4 回流的出现292

8.4.5 纵向固有模式的激励292

8.4.6 本杰明—费尔失稳294

8.4.7 由造波机产生的自由谐波294

8.4.8 反射与边界效应295

8.5 波浪的类型与造波技术297

8.5.1 规则波297

8.5.2 不规则波298

8.5.3 瞬态波或波群299

8.6 流的生成299

8.7 风的表示301

8.8 测量传感器301

8.8.1 波面位移301

8.8.2 模型的运动302

8.8.3 其他测量303

8.8.4 测量精度303

8.9 测量结果的分析303

8.9.1 规则波中的试验304

8.9.2 不规则波中的试验305

8.10 水池试验的定义与利用308

8.10.1 波浪的校准试验308

8.10.2 衰减试验308

8.10.3 规则波中的试验308

8.10.4 不规则波中的试验309

8.10.5 其他试验310

8.11 参考文献311

附录A 流体静力学313

A.1 浸没物体313

A.1.1 流体静恢复力表达式313

A.1.2 稳性314

A.2 穿过自由面的物体315

A.2.1 稳性曲线316

A.2.2 线性流体静恢复力317

A.2.3 流体静恢复力的二阶近似323

附录B 质量弹簧阻尼系统326

B.1 无激励的情况326

B.2 谐波激励下的响应327

B.2.1 ω？ω0（刚性系统）327

B.2.2 ω？ω0（惯性响应）328

B.2.3 ω≈ω0（共振）328

B.3 对一个随机激励的响应328

索引329