海洋运动体控制原理/船舶与海洋工程系列

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出版者:哈尔滨工程大学出版社
作者:王科俊
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:
价格:32.0
装帧:其他
isbn号码:9787810731409
丛书系列:
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  • 海洋工程
  • 船舶工程
  • 运动控制
  • 船舶运动
  • 海洋动力学
  • 系统辨识
  • 自适应控制
  • 水动力
  • 船舶设计
  • 海洋技术
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具体描述

船舶结构设计与强度分析:理论与实践 图书简介 本书全面深入地探讨了现代船舶结构设计的核心理论、分析方法以及工程实践中的关键技术。作为船舶与海洋工程领域的一本重要参考书,它旨在为船舶工程师、结构设计师以及相关专业的研究人员提供一个系统、严谨且与时俱进的知识框架。全书内容紧密围绕船舶作为复杂海洋工程结构的特点,从材料力学基础出发,逐步深入到整体结构强度、局部构件设计、疲劳与断裂评估,直至先进的数值模拟技术应用。 第一部分:船舶结构力学基础与材料特性 本部分为后续复杂结构分析奠定坚实的理论基础。 第一章:船舶结构的基本受力分析 船舶在航行和系泊过程中,会受到波浪力、风载、压载、货物分布以及冰载等多重载荷的作用。本章首先概述了船舶所承受的主要环境载荷类型及其特性,如静水力载荷(浮性与稳性)和动水动力载荷(波浪弯矩、剪力、扭转)。重点讲解了如何建立船舶结构理想化的力学模型,包括梁板单元、壳体单元的基本假设,并介绍了一阶微分方程在求解梁结构弯曲和扭转中的应用。特别关注了不同载荷组合下的应力集中区域识别方法。 第二章:船舶结构材料的力学性能 船舶结构材料的选择直接决定了船体的可靠性与经济性。本章详细分析了船用钢材(如高强度钢、耐腐蚀钢)的力学性能,包括屈服强度、极限强度、韧性、焊接性能和疲劳性能。此外,还涵盖了复合材料、铝合金等新型材料在特定船型(如高速艇、海洋工程平台)中的应用潜力及其设计考量。深入探讨了材料的温度依赖性对结构安全的影响,尤其是在极地航行环境中的低温脆性问题。 第三章:连接件与细节的强度设计 焊接是船舶结构制造的主体,焊接质量直接关系到结构整体的强度。本章详细分析了各种典型焊缝(如角焊缝、坡口焊缝)的强度计算方法,包括静载荷和疲劳载荷作用下的许用焊缝强度。同时,对螺栓连接、铆接等连接方式的受力特性和设计规范进行了阐述。重点分析了加强筋、开口边缘等结构细节处的应力奇点处理技术。 第二部分:整体结构强度分析与设计规范 本部分侧重于船体作为一个整体结构的平衡与稳定性,以及如何满足国际海事组织的强制性规范。 第四章:总纵强度与极限强度评估 总纵强度是衡量船舶抗弯能力的核心指标。本章详细介绍了计算船舶在各种工况(如均布载荷、波浪弯矩)下最大纵向弯矩的方法,并基于这些载荷计算船体梁的应力分布。深入讨论了船体极限强度的评估理论,包括屈服极限分析和断裂极限分析。阐述了规范要求中关于船体梁的最小截面模量、惯性矩的确定依据。 第五章:横向结构强度与稳性 船体的横向强度主要涉及舱壁、强横梁和肋骨系统。本章重点分析了侧壁在横向压力(如冲击、系泊压力)和系泊扭矩下的受力状态。详细阐述了双层底结构、顶边舱结构等关键横向构件的设计原则,确保结构在波浪爬坡、倾覆力矩作用下保持几何完整性。 第六章:船舶结构规范与设计标准 本章系统梳理了国际船级社(如LR, ABS, DNV GL)关于结构设计的核心规范。涵盖了对船体尺寸、主要构件的最小厚度要求、加强筋的布置间距、以及不同船体区域的强度储备系数要求。通过对比不同规范在关键设计参数上的差异,帮助读者理解规范背后的工程哲学和安全冗余考量。 第三部分:局部构件与特殊结构分析 本部分聚焦于船体中承受高度集中载荷或具有特殊几何形态的结构单元。 第七章:舱室结构与舱壁设计 舱壁是保证船舶完整性和划分水密、油密区域的关键构件。本章详细分析了在静水压力、冲击载荷以及结构失稳载荷下舱壁的受力特性。介绍了加强舱壁(如水密横舱壁、隔舱)的设计方法,包括支撑布置、失稳临界载荷的计算,并讨论了T型材、十字型材等加强筋的优化设计。 第八章:甲板与开口边缘的局部应力分析 甲板是结构中受力最为复杂且易发生疲劳损伤的区域,尤其是在有较大开口(如吊货口、通风口)的部位。本章重点探讨了开口边缘的应力集中效应,介绍了“扩大化”和“圆角化”等疲劳设计措施。分析了甲板在纵向弯曲和横向压力的组合作用下的二维和三维应力场分布。 第九章:艏部与艉部的强度设计 艏部结构承受着巨大的波浪冲击载荷,艉部则需承受螺旋桨振动和舵机扭矩的影响。本章专门针对艉部(如舵柱、尾轴架、螺旋桨安装区域)的刚度和强度进行深入分析,讲解了如何通过增加局部支撑和使用高强度材料来抵抗疲劳损伤。对于艏部,重点分析了鞭状冲击载荷下的瞬态响应和板架结构的设计。 第四部分:先进分析技术与结构可靠性 本部分引入现代计算方法和长期可靠性评估的理论。 第十章:有限元方法在船舶结构分析中的应用 有限元分析(FEA)是现代船舶结构设计不可或缺的工具。本章详细介绍了如何构建高精度的船舶三维有限元模型,包括网格划分策略(壳单元、梁单元、实体单元的合理选择与耦合)。重点讲解了边界条件和载荷施加的准确性,以及如何解释和后处理FEA结果,提取关键应力区域。 第十一章:疲劳分析与寿命评估 船舶结构的使用寿命通常以数十年计,疲劳损伤是结构失效的主要原因之一。本章介绍了S-N曲线法、应力谱法等疲劳评估的基本原理。深入探讨了波浪载荷的随机特性,以及如何应用Miner线性累积损伤法则对船体关键节点的疲劳寿命进行预测。并介绍了疲劳裂纹的扩展速率评估方法。 第十二章:冲击与碰撞的结构响应 海洋工程结构面临与冰、浮冰、其他船体或码头的意外碰撞风险。本章分析了碰撞过程中的能量吸收机制,讲解了如何进行显式动力学分析来模拟非线性碰撞过程。介绍了为提高抗碰撞能力而设计的结构概念,如双层壳体、防撞舱壁的优化布局。 全书结构清晰,理论与工程实践紧密结合,配有大量实例图解和计算流程,是船舶与海洋工程专业人士案头必备的专业工具书。

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读后感

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我花了整整一个下午的时间,试图消化这本书里关于非线性系统建模的那几个章节,简直像是在攀登一座知识的珠穆朗玛峰。坦白说,初读时感觉非常吃力,那些偏微分方程和张量分析简直是铺天盖地,我甚至需要频繁地翻阅高等数学的参考书才能勉强跟上作者的思路。尤其是关于“波浪激励下的六自由度耦合运动解析”,作者没有采用任何简化处理,而是直接给出了最严谨的数学表述,这对于追求理论深度的研究者来说无疑是至宝,但对于初学者,可能需要极大的毅力和多次重复阅读才能真正领悟其精髓。我注意到,作者在推导复杂动态模型时,每一步的假设和边界条件都交代得异常清晰,这份对细节的执着,体现了作者深厚的学术功底和对科学严谨性的尊重。这本书绝不是那种“点到为止”的普及读物,它直击核心,要求读者必须具备扎实的数学基础和控制理论背景,否则很容易在复杂的数学推导中迷失方向。

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我得提一下这本书在图文排版上的“反传统”处理,这或许会让一些习惯了传统教材的读者感到一丝困惑,但也正是我喜欢它的原因。很多复杂的系统框图,作者没有用那种呆板的单色线条绘制,而是采用了富有层次感的彩色标记和符号,使得信息密度极高的流程图也变得易于解析。此外,书中对关键术语的解释,往往不是简单地给出定义,而是追溯其在控制理论发展史上的演变脉络,这种历史的纵深感,让读者理解控制原理时,不仅仅是学会“怎么做”,更理解了“为什么这样做”。这种叙事方式,使得阅读过程不再是单向的知识灌输,而更像是一场与领域内前辈的深度对话,充满了启发性。这种微妙的文字和视觉处理,让厚重的专业书籍读起来也带有一丝优雅的学术韵味。

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这本书的精妙之处在于,它巧妙地平衡了纯理论的深度和工程应用的广度。虽然前半部分充满了高深的数学公式,但一旦进入到仿真与实验验证的部分,内容立刻变得生动起来。我特别欣赏作者在案例分析中穿插的那些真实海试数据,那些曲线图和实测反馈,让抽象的控制算法瞬间“活”了起来。比如,在讲解自适应控制策略时,书中引用了某型无人水下航行器在极端水流中保持姿态稳定的实际数据,通过对比传统PID控制和新型鲁棒控制的性能差异,读者可以直观地感受到理论改进带来的实际效益。这种“理论指导实践,实践反哺理论”的编写方式,极大地增强了阅读的代入感和实用价值。它不再是孤立的理论堆砌,而是清晰地展示了如何将实验室里的智慧转化为解决真实海洋工程挑战的利器,这对于工程实践者来说,是极具吸引力的。

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这本《海洋运动体控制原理/船舶与海洋工程系列》的封面设计简直是一场视觉盛宴,深邃的蓝色调让人瞬间联想到无垠的大海,中央那抽象而有力的线条勾勒出的正是复杂海况下船舶的动态轨迹,充满了科技感与速度感。我特地去书店摸了摸,那种精装的质感,捧在手里沉甸甸的,透露着专业和权威。光是看目录的排版,就能感受到编者在内容组织上的匠心独运,章节之间的逻辑衔接如同精密的航海图,层层递进,让人对接下来将要探索的深奥知识充满了期待。特别是前言部分,作者用非常精炼却富有哲理的语言,阐述了控制理论在现代海洋工程中的核心地位,远超出了我预期的那种枯燥的教科书风格,反而像是一篇对未来海洋探索事业的激情宣言。我敢断言,单凭这出色的包装和引人入胜的开篇,它就已经成功地吸引了所有对船舶动力学和智能控制感兴趣的读者,为后续的学习打下了坚实而鼓舞人心的基调。对于任何一个希望深入海洋工程领域的人来说,这书的“面子”和“里子”都让人无法抗拒。

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总的来说,这本书的出版,对于国内船舶与海洋工程领域的研究生乃至青年教师来说,无疑是一次及时的“补给”。它填补了市场上现有教材在“先进海洋运动体智能控制”这一前沿细分领域存在的理论深度不足的空白。我发现,书中引用的参考文献列表异常详尽且具有前瞻性,几乎囊括了近十年国际顶级期刊中所有关于该主题的里程碑式成果,这本身就是一本极好的学术检索工具。然而,也正是因为其内容的包罗万象和理论的极致严谨,我必须诚实地说,这本书对读者的基础要求很高,它更像是一部“进阶”到“专家”阶段的桥梁,而非入门指南。对于那些已经掌握了基础运动学和经典控制的读者,这本书将是拓宽视野、提升研究水平的必备参考书,它所蕴含的思维模型和分析方法,其价值远远超出了书本本身的标价。

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