Introduction to Naval Architecture

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出版者:
作者:Tupper, E.C.
出品人:
页数:464
译者:
出版时间:2005-1
价格:$ 86.95
装帧:
isbn号码:9780750665544
丛书系列:
图书标签:
  • Naval Architecture
  • Ship Design
  • Marine Engineering
  • Shipbuilding
  • Hydrodynamics
  • Stability
  • Resistance
  • Propulsion
  • Ship Structures
  • Maritime Engineering
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具体描述

The fundamental characteristics of a ship's design, and how they affect its behaviour at sea are of crucial importance to many people involved in the design, construction, operation, and maintenance of all marine vessels. Naval architects and those working in ship design need to understand these principles in depth. Marine engineers must likewise recognise the degree to which their activities are influenced and bounded by these principles. Finally, senior crew - both Ship's Engineers and Commanders - need an understanding of the principles of naval architecture in order to properly fulfil their duties. This book offers a clear and concise introduction to the subject and is of great value to both students and practising professionals in all of the above fields. This book covers introductory level courses in Naval Architecture and Marine Engineering. It is updated to cover key developments including double-hulled tankers. This fully revised fourth edition is accompanied by exercises and worked solutions for the first time.

船舶设计与工程原理导论:超越船体形态的深度探索 本书旨在为工程专业学生、海洋技术人员以及对船舶设计与建造抱有浓厚兴趣的读者,提供一套全面且深入的、聚焦于船舶核心技术与结构力学的教材。 本书摒弃了对特定船型或历史沿革的冗余描述,而是将重点完全放在理解船舶作为复杂工程系统的基本物理原理、设计流程和关键性能指标上。全书结构严谨,内容涵盖了从概念设计到详细工程实施的多个维度,旨在培养读者构建、分析和优化现代船舶系统的能力。 --- 第一部分:船舶运动与稳定性基础 本部分构建了理解船舶在水面运动和静力平衡所需的数学和物理基础,这是所有后续工程分析的基石。 1. 船舶在静水中的平衡与浮力原理 本章深入探讨了阿基米德原理的精确应用,并引入了静水力学的概念。内容包括: 浮心 (Center of Buoyancy, B) 与稳心 (Metacenter, M) 的精确计算: 详细阐述了对不同几何形状(如棱形、圆柱形截面)进行积分计算以确定浮心位置的方法。重点分析了稳心高度(GM)的意义及其对船舶初始稳性的决定性影响。 静水力曲线(Hydrostatic Curves)的推导与应用: 介绍如何通过数值方法或软件辅助,生成排水量曲线(Tons per Inch Immersion, TPI)、中横稳性矩(BM)曲线、以及静水力矩(MOM)曲线。强调这些曲线在吃水调整和载荷分布评估中的实用价值。 载荷对吃水的影响: 详细分析了船上物料(燃料、淡水、压载水、货物)的精确转移和消耗如何动态改变船体的静力平衡状态,引入“自由液面效应”的定量分析及其对稳性的不利影响机制。 2. 船舶的运动学与动力学基础 本章侧重于船舶在不同海况下的受力分析和运动响应,这是评价船舶适航性的核心。 船舶的六自由度运动描述: 明确定义了船体在横摇(Roll)、纵摇(Pitch)、艏摇(Yaw)、横荡(Sway)、垂荡(Heave)和纵荡(Surge)六个自由度上的运动方程。 恢复力矩与阻尼: 深入探讨了船舶横摇运动中的恢复力矩(由静水力提供)的非线性特性。着重分析了湿表面摩擦阻尼、形状阻尼和晃荡阻尼的机制,并介绍了运动方程的求解方法,包括无阻尼自由振荡和有阻尼受迫振荡。 船舶的抵抗与推进: 对船舶在水中的主要阻力来源进行分类和量化分析,包括: 粘性阻力 (Frictional Resistance): 使用边界层理论和经验公式(如ITTC 1957摩擦线)进行估算。 兴波阻力 (Wave-Making Resistance): 探讨船体形状、速度与Froude数之间的关系,介绍Wigley船模和Hughes曲线等经典模型在阻力预估中的应用。 剩余阻力与空气阻力: 对高航速下的兴波阻力增加和上层建筑空气动力效应进行初步评估。 --- 第二部分:船舶结构强度与材料选择 本部分聚焦于船舶作为大型承载结构所面临的复杂载荷,及其结构设计和材料科学的应用。 3. 船舶承受的载荷分析 船舶结构设计必须能够抵抗服役期间遇到的所有极端载荷。本章详细解析了这些关键载荷的形成机制。 静水压力载荷: 分析船体因浸没深度变化而承受的静水压力分布,特别是对底壳和侧壳的影响。 波浪载荷 (Wave Loads): 总纵弯矩 (Tons Per Inch Immersion, TPI) 与纵摇冲击: 详细介绍船舶在波浪中航行时,由于局部波浪和整体船体形状的相对关系,产生的“U型弯矩”(Sagging,船舯受拉)和“Ω型弯矩”(Hogging,船舯受压)。介绍强度校核所需的最大纵弯矩的确定方法。 局部冲击载荷: 分析船艏拍击(Slamming)和横向艏浪(Green Water on Deck)对甲板和艏部结构产生的瞬时高应力波。 系泊与起吊载荷: 讨论船舶在停泊状态下系泊缆绳产生的拉力及其对船体应力的贡献,以及起吊作业对特定区域结构的局部强度要求。 4. 结构构件的强度设计 本章将结构力学原理应用于船舶特有的结构单元。 板壳结构理论基础: 将船体视为复杂的薄壁结构,介绍经典弹性理论在分析船体梁(Hull Girder)上的应用。重点讲解梁的有效强度截面(Effective Section Modulus)的确定,以及对船级社规范中最小截面模量的校核要求。 加强构件的设计: 详细分析纵骨、横桁、舱壁(Bulkheads)和甲板(Decks)的设计原则。探讨如何通过局部加强(如加强圈、桁材间距调整)来抵抗局部压力和弯曲。 疲劳与断裂力学考量: 鉴于船舶寿命长且处于动态交变载荷环境,本章引入疲劳设计概念。介绍S-N曲线的使用,识别结构中的应力集中点(如开口角、连接点),并探讨适当的焊缝设计和无损检测(NDT)在确保结构完整性中的作用。 --- 第三部分:推进系统与性能优化 本部分关注如何将动力转化为有效的推力,并评估船舶的整体效率。 5. 螺旋桨原理与水动力耦合 本章深入分析螺旋桨如何与水流相互作用,以产生推进力。 螺旋桨基础几何与参数: 详细定义了螺距角(Pitch Angle)、毂比(Hub Ratio)、叶片剖面(Foil Section)等关键参数。介绍B-P图(Thrust/Torque vs. Advance Coefficient)的构造与解读。 推进效率的分解: 将总体推进效率拆解为螺旋桨效率 ($eta_p$)、相对旋转效率 ($eta_r$) 和(最重要的)敞水效率 ($eta_o$)。重点分析了由于尾流场和伴流系数对螺旋桨性能的负面影响。 空泡现象与控制: 深入探讨螺旋桨空泡的形成机理、空泡对推进器性能的衰减作用,以及如何通过设计手段(如增大叶片面积比、调整螺旋桨几何形状)来抑制空泡的发生。 6. 船舶的操纵性与动态响应 操纵性是船舶安全航行的重要方面,本章从流体力学和控制理论的角度审视船舶的转向和定航能力。 低速与高速操纵特性: 分析船舶在低速(主要受舵力影响)和高速(受艉部流场影响)下的转向特性差异。 简化模态分析: 引入Maneuvering Equations,采用侧向力导数(如侧向力系数 $C_L$、阻力导数 $C_D$)来构建线性或简化非线性转向模型。重点分析了“旋进性”(Turning Circle)和“复原时间”(Overshoot/Zig-Zag Test)的计算与评价标准。 舵的设计与优化: 探讨不同类型的舵(如高升力舵、富勒舵)的工作原理,以及舵面积、舵角和艉部流场之间的关系,以确保在不同航速下具有足够的侧向力生成能力。 --- 结语 本书通过聚焦于上述核心工程原理,为读者提供了一个坚实的分析框架,用以理解和解决复杂的船舶工程问题。它强调的是“为什么”和“如何计算”,而非对特定规范条文的简单罗列,确保读者能够应对未来船舶设计和技术不断演进的挑战。

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读后感

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用户评价

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这本书的知识体系构建得极其宏大且严谨,它不是简单地罗列事实,而是构建了一个完整的、可推导的科学框架。我尤其欣赏作者在处理那些前沿和争议性主题时的那种持重和中立的态度。例如,在讨论船舶稳定性的极限情况时,作者并未急于给出标准答案,而是细致地梳理了不同学派的理论基础、各自的适用范围以及它们在实际案例中的局限性,这种深度和广度令人叹服。书中引用了大量经典文献和最新的研究成果,使得内容极具权威性,但同时,作者的叙述口吻又非常平易近人,仿佛一位经验丰富的老教授在耳边细细讲解。书中穿插的案例分析更是点睛之笔,它们不仅仅是理论的例证,更是对实际工程挑战的生动写照,让我得以将书本知识与现实世界中的航运问题建立起直接的联系。阅读过程中,我经常需要停下来思考作者提出的那些深刻见解,这本书显然是为那些真正想要深入理解这门学科核心奥秘的人准备的,它要求你动脑,但它给予你的回报,绝对是物超所值的知识财富。

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这本书的实用性远远超出了我最初的预期。我原本以为它会更偏向于理论推导和基础概念的罗列,但实际上,它在工程应用层面的覆盖面广得惊人。从船体结构的疲劳分析到船舶操纵性的数值模拟,再到先进推进系统(如吊舱式推进器)的性能评估,几乎涵盖了现代船舶设计流程中的关键环节。尤其是在材料科学与结构设计交叉的部分,作者对不同等级的船用钢材的焊接特性、疲劳寿命预测模型进行了详尽的对比分析,这些信息对于正在进行初步船体设计方案选择的工程师来说,是直接可用的黄金数据。书中提供的那些经验公式和简化模型,虽然在精度上可能不及复杂的有限元分析,但在项目初期的快速迭代和可行性评估阶段,其效率和可靠性得到了充分体现。这本书就像一个功能强大的工具箱,不仅告诉你工具的原理,更手把手教你如何在不同的工况下正确、高效地使用这些工具来解决实际问题。

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这本书的阅读门槛看似不低,但它的循序渐进的教学方法,让一个拥有基础物理和数学背景的读者也能稳步攀升。作者巧妙地运用了“先经验后理论”的引导方式。开篇并未直接抛出复杂的微分方程,而是先从船舶的尺度效应和历史演变入手,让读者对“为什么需要这些理论”建立起直观的感受。然后,当理论知识逐步引入时,每一个新概念的提出都附带着清晰的物理意义阐释,这大大减轻了纯粹依赖数学推导带来的认知负担。我特别喜欢作者在章节末尾设置的“思考与练习”环节,它们绝非简单的重复知识点,而是设计成一系列开放性的问题,引导读者去运用所学知识进行批判性思考和初步设计估算。这套设计极大地培养了读者的“工程师思维”,让我不再满足于知道“是什么”,而是开始探究“为什么是这样”以及“如何才能做得更好”。对于自学者而言,这本书无疑是一份极其珍贵且耐心的向导,它懂得如何陪伴读者从懵懂走向精通的每一步。

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从整体的学术贡献和领域影响力来看,这本书展现出了一种超越时代的前瞻性。它没有固步自封于传统的船体几何和稳定性计算,而是大胆地将环境影响、能效优化以及未来趋势(比如自主船舶的设计挑战)融入核心讨论。书中对绿色航运和脱碳技术路径的探讨尤为深刻,作者对现有燃料替代方案的优缺点进行了多维度的权衡,包括能量密度、存储安全性和全生命周期碳排放,这种系统化的分析视角,为我们这些行业从业者指明了未来研发和关注的重点方向。这本书不仅仅是一本教科书,更像是一份行业白皮书,它在扎实的理论基础上,有力地推动着读者去思考如何应对未来全球海洋工程领域所面临的巨大挑战。阅读它,不仅是学习知识,更是一种与时代前沿思维同步的过程,它激发了我对这个古老而又不断革新的行业,注入了全新的热情和紧迫感。

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这本书的装帧和排版设计简直是艺术品,触感上乘,纸张的厚度和光泽度都恰到好处,让人在阅读过程中感到一种由内而外的愉悦。那种沉甸甸的质感,仿佛握着的是一部历史的厚重,而不是简单的一堆纸张。内页的字体选择非常考究,清晰易读,字号大小拿捏得当,即使长时间阅读也不会让人感到眼睛疲劳。更值得称赞的是,图表的绘制质量达到了专业级别的水准,每一个剖面图、每一个结构示意图都精准无误,线条流畅,细节丰富,这对于理解那些复杂的工程概念来说,简直是莫大的帮助。我注意到,作者在内容布局上也花了大量心思,章节间的过渡自然流畅,逻辑性极强,使得原本可能枯燥的理论知识变得引人入胜。比如,在介绍流体力学基础的部分,作者没有采用生硬的公式堆砌,而是通过一系列精心设计的图例和对比,将抽象的物理现象具象化,极大地降低了初学者的入门门槛。这种对细节的极致追求,从封面到封底,贯穿始终,让人深切感受到出版方和作者对知识传播的敬畏之心。对于任何一个珍视阅读体验的人来说,光是捧读这本书本身,就已经是一种享受了。

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