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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