海洋工程非线性动力学的理论与方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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唐友刚，刘利琴，张素侠 著

图书标签:

• 海洋工程
• 非线性动力学
• 动力学
• 海洋工程结构
• 数值方法
• 理论研究
• 工程应用
• 水动力学
• 结构动力学
• 计算方法

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030514172

版次：1

商品编码：12117060

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：368

字数：463000

正文语种：中文

内容简介

　　《海洋工程非线性动力学的理论与方法》阐述非线性动力学理论与方法及其在海洋工程中的应用。主要内容包括单自由度非线性振动、多自由度非线性振动、参数激励非线性振动、非线性振动稳定性的分析方法、非线性系统求解的图解法和数值模拟方法，概要介绍现代非线性动力学分岔和混沌理论；结合大量海洋工程实例，包括船舶的非线性和参数激励运动、铰接塔平台的非线性动力特陛分析、深海平台垂荡.纵摇耦合动力特性及海洋细长构件的非线性动力特性分析等，详细阐述海洋结构非线性动力学建模、求解和分析方法，揭示海洋工程结构物复杂的非线性动力学行为，包括内共振响应、无周期响应、异频振动响应、参数激励响应、分岔和混沌响应等。
　　《海洋工程非线性动力学的理论与方法》可作为大学本科高年级学生及研究生的教学参考书或教学用书，还可供从事船舶与海洋工程、机械工程、土木工程及水利水电工程等方面的科技人员参考。

内页插图

目录

序
前言

第1章 绪论
1．1 研究海洋工程结构非线性动力学的工程意义
1．2 海洋工程结构中的非线性振动问题
1．2．1 含刚度非线性的非线性振动系统
1．2．2 含分段线性非线性恢复力的振动系统
1．2．3 参数激励振动系统
1．2．4 多自由度的非线性振动系统
1．3 海洋工程结构典型的非线性振动方程
1．3．1 自治系统与非自治系统
1．3．2 保守系统与非保守系统
1．3．3 海洋工程中典型的非线性振动方程
1．4 非线性振动的特点
1．4．1 非线性振动与线性振动的主要区别
1．4．2 海洋工程结构的非线性因素
1．5 非线性振动问题的求解方法

第2章 单自由度非线性系统的自由振动
2．1 无阻尼自由振动特点
2．2 小参数法
2．2．1 正规摄动法
2．2．2 L-P小参数法
2．3 三级数法
2．3．1 三级数法求解思路
2．3．2 求解过程
2．3．3 无阻尼非线性刚度保守系统
2．3．4 线性阻尼非线性刚度系统
2．4 平均法
2．4．1 导出平均法的标准方程组
2．4．2 求振幅和相位平均值
2．4．3 非线性系统的等效线性化方法
2．5 多尺度法
2．5．1 求解思路
2．5．2 求解过程
2．6 分段线性刚度系统
2．7 谐波平衡法

第3章 单自由度非线性系统的强迫振动
3．1 非线性振动系统的动力响应特性
3．1．1 振动的稳定性
3．1．2 振动响应幅值的跳跃行为
3．2 小参数法
3．2．1 L-P法求非共振情况的解
3．2．2 L-P法求共振情况的解
3．3 平均法
3．3．1 非共振情况
3．3．2 共振情况
3．4 多尺度法
3．4．1 非共振情况
3．4．2 共振情况
3．5 单自由度系统的异频振动分析
3．5．1 次谐波振动
3．5．2 高次谐波振动
3．5．3 组合谐波振动
3．5．4 分段线性刚度系统
3．6 非自治系统的简谐平衡法
3．6．1 简谐平衡法
3．6．2 增量谐波平衡法

第4章 单自由度参数激励振动
4．1 参数激励振动的马休方程
4．1．1 垂直系泊缆的参数激励振动
4．1．2 倾斜系泊缆的参数激励振动
4．1．3 受轴向激励简支梁的参数激励振动
4．1．4 疏浚吸泥管参数激励振动
4．2 稳定性分析的弗洛凯理论
……
第5章 非线性多自由度系统的多尺度法
第6章 非线性系统周期解的稳定性
第7章 非线性振动系统的图解法与数值解法
第8章 分岔理论与混沌简介
第9章 铰接塔平台非线性动力特性
第10章 船舶非线性横摇及参数激励运动
第11章 深海Spar平台垂荡．纵摇耦合运动分析
第12章 海洋细长构件非线性振动
参考文献

前言/序言

　　随着海洋资源开发与海洋空间利用工程的发展，出现了多种形式的海洋结构物。研究这些海洋结构物的环境载荷、动力响应特性及其在动力载荷作用下的动力响应分析理论，形成了一门崭新的学科——海洋工程结构动力学。该学科的根本目的是为海洋工程结构的设计开发、建造与安装提供坚实的理论基础。为此，作者曾经于2008年出版了《海洋工程结构动力学》一书，受到同行的普遍欢迎。
　　作者在研究海洋工程结构动力响应及其安全分析的工作中，遇到了大量海洋工程结构的非线性动力学问题。这些问题采用线性振动理论无法解决，甚至得到与海洋结构实际现象完全违背的结果。例如，船舶在纵浪中大幅横摇运动及倾覆现象，顺应式平台的大幅及慢漂运动，深海平台升沉与摇摆运动的耦合关系等，这些动力学问题无法采用线性振动理论进行分析。多年来，作者课题组及国内外同行结合不断涌现的海洋新型结构，应用非线性动力学的理论和方法，开展了大量卓有成效的研究工作，发展了非线性动力学理论与方法，拓宽了其应用范围。
　　海洋工程结构的非线性振动或者运动，导致结构物出现异常损伤和破坏。为了揭示海洋结构由于非线性振动或者非线性运动原因引起的损伤与失效机理，发现复杂非线性振动（运动）响应出现的条件，以及非线性振动（运动）引起的有害后果，采用非线性动力学研究海洋结构动力响应是海洋工程领域科技的发展趋势与需求。本书正是为了适应该发展趋势和需要编写而成。
　　非线性振动（运动）的研究方法可以分为解析方法及数值方法。国内外许多学者致力于非线性振动理论与解析方法的研究。近年来，该理论研究得到了很大的发展。特别是分岔和混沌理论的研究工作，在工程实践中出现了一大批应用成果。近30年来，计算机技术迅速发展，大量的非线性振动问题可以采用数值模拟方法获得解决，这进一步推进了非线性振动理论和方法的进步，尤其为多自由度非线性振动问题的求解提供了强有力的方法。
　　本书密切结合海洋工程非线性振动（运动）实际，阐述非线性振动系统分析的理论与方法，以及动力学中分岔与混沌分析的基本理论。编写过程力求便于工程应用，紧密结合海洋工程实际。
　　本书共12章，第1章介绍非线性振动的基本概念、海洋工程中的非线性振动问题；第2章介绍单自由度非线性自由振动方程的近似解法、单自由度非线性系统自由振动的特点；第3章介绍单自由度非线性系统强迫振动的近似解法，分析非线性系统强迫振动响应的特点；第4章介绍单自由度参数激励振动系统的求解方法；第5章介绍弱非线性多自由度系统的多尺度法、多自由度系统内共振和参数激励响应特点，以及船舶斜浪航行的非线性运动分析方法；第6章介绍非线性系统的稳定性分析方法，包括李雅普诺夫方法、劳斯一赫尔维茨方法及参激系统稳定性判别方法；第7章介绍非线性系统的图解法与数值解法，包括点映射和胞映射方法，求解多自由度非线性动力响应的数值模拟方法；第8章介绍非线性系统的分岔与混沌分析方法；第9章介绍顺应式铰接塔平台系统非线性动力响应的分析方法，包括建模、求解过程及动力响应特点；第10章介绍船舶非线性运动，包括横浪中的强迫横摇运动，纵浪中的参数激励横摇及斜浪中的参数激励横摇；第11章介绍深海Spar平台的非线性动力分析，包括平台的垂荡一纵摇耦合运动及运动稳定性分析；第12章介绍海洋细长构件的动力响应分析，包括深海立管的涡激非线性振动、张力腿的非线性振动及缆索的冲击动力响应。

好的，这是一本关于先进材料科学与工程应用的图书简介，旨在探讨新兴功能材料在极端环境下的性能、设计、制备与前沿应用。 --- 图书名称：《先进功能材料的极端环境性能、设计与应用前沿》 图书简介 本著作深入剖析了当前材料科学领域最活跃、最具挑战性的前沿课题之一：先进功能材料在极端工作环境下的物理、化学及机械响应行为、本征性能的调控机制，以及面向尖端工程应用的系统化设计与制造策略。 本书并非聚焦于传统的海洋工程或流体力学领域，而是将视角投向了更广阔的材料科学疆域，特别关注那些在超高温、超低温、高压、强辐照、强腐蚀等非传统条件下，需要维持甚至增强其特定功能（如电学、磁学、光学、催化或结构完整性）的特种材料体系。 全书结构严谨，内容涵盖了从微观结构-性能关系的理论建模，到宏观尺度的工程化实现，旨在为从事先进功能材料研究、开发与应用的高级工程师、科研人员及研究生提供一本全面、深入的参考手册和研究指南。 --- 第一部分：极端环境下的材料本征行为与理论基础（约 400 字） 本部分着重于建立理解材料在非平衡或苛刻状态下行为的理论框架。 第一章：高熵合金与多主元体系的结构稳定性与蠕变动力学 详细探讨了高熵合金（HEAs）在超过 1000°C 长期服役条件下的相变敏感性、晶界扩散机制及抗蠕变机制。引入了基于密度泛函理论（DFT）计算的电子结构分析方法，预测不同主元比例对缺陷迁移能垒的影响。重点分析了辐照损伤对这些复杂晶体结构的动态演化过程，特别是位错源激发与湮灭的临界条件。 第二章：纳米结构热电材料的热物理极限与能量转换效率 聚焦于基于碲化物、硫化物或氧化物体系的纳米结构热电材料。阐述了塞贝克系数、电导率和热导率这三个关键参数在低温（接近液氦温度）和高温（超过 800°C）下的耦合变化规律。深入研究了声子散射机制的尺寸效应和界面效应，并引入了量子输运理论来解释纳米尺度下的电荷载流子行为。讨论了如何通过界面工程优化材料的热电优值（ZT）在特定温区达到理论极限。 第三章：极端压力下新型二维材料的电子态与相变压力 本章深入探讨了在数百万帕斯卡（Mpa）压力下，如石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维材料的电子带结构重构。利用金刚石对顶砧（DAC）技术结合原位光谱学（拉曼、X射线吸收），研究了压力诱导的层间堆叠变化、狄拉克锥的迁移以及绝缘体到金属的转变压力。重点分析了压力对材料维度的影响，以及如何利用应力场来设计具有特定电子特性的新型二维超导体。 --- 第二部分：先进功能材料的极端环境设计与制备（约 600 字） 本部分将理论模型转化为可工程化的材料制备工艺，强调功能性与环境适应性的协同设计。 第四章：增材制造（AM）在陶瓷基功能件中的缺陷控制与微观结构均匀性 针对激光选区熔化（SLM）或电子束熔化（EBM）制备高纯度氧化铝、氮化硅等结构陶瓷和功能陶瓷的挑战。详述了工艺参数（激光功率、扫描速度、粉末粒径分布）对熔池液态动力学的影响，以及由此导致的孔隙率、未熔合缺陷与残余应力的形成机制。提出了基于计算流体力学（CFD）的熔池模型，用于优化 AM 路径，实现具有超细晶粒和低各向异性的功能梯度结构。 第五章：高熵陶瓷（HECs）的快速烧结与晶界工程 重点介绍利用放电等离子烧结（SPS）技术制备高熵陶瓷，以应对传统烧结方法难以克服的晶界扩散受限问题。阐述了瞬时高压和高电流密度如何激活晶界区域的快速致密化。详细对比了 SQS（近程有序结构）模型与实验观测，讨论了如何通过调控晶界处的化学成分偏析，来抑制高温下的晶界开裂和晶界相析出，从而提高材料的断裂韧性和耐热冲击性。 第六章：等离子体与化学气相沉积（PECVD）中薄膜的应力管理与界面粘附 针对在半导体器件、光电器件中使用的介电薄膜或功能涂层。分析了沉积过程中等离子体能谱、反应物流量比对薄膜内部张应力或压应力的影响。提出了多层交替沉积技术来有效“缓冲”界面应力，显著提高涂层在剧烈温度循环下的附着力。研究了等离子体刻蚀与清洗对界面粗糙度的影响，并利用原子力显微镜（AFM）和椭偏仪监测界面质量。 --- 第三部分：面向尖端工程的应用实例与性能验证（约 500 字） 本部分聚焦于材料科学成果在航空航天、能源转换和深空探测等高技术领域的具体应用案例和严苛的测试标准。 第七章：耐超高温热防护系统（TPS）的烧蚀行为与寿命预测模型 针对再入大气层或高超音速飞行中的材料失效问题。研究了碳-碳复合材料（C/C）与陶瓷基复合材料（CMC）在超音速气流和氧化气氛下的气动热烧蚀动力学。引入了耦合反应-扩散-传热的数值模型，精确预测材料的质量损失率和表面形貌演变。重点讨论了新型抗氧化涂层（如铪酸盐或硼化物）在极端热流密度下的热稳定性与化学惰性。 第八章：深空环境（真空、辐射）下聚合物与复合材料的辐照老化与材料选择 考察了在真空、高能粒子（质子、电子）辐照环境（如人造卫星或深空探测器）下，聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）等高性能聚合物的力学性能衰减。通过加速老化实验，分析了主链断裂、交联反应对杨氏模量和冲击韧性的影响。提出了基于分子动力学模拟的辐射损伤累积模型，用于指导空间结构件的材料选型与防护设计。 第九章：先进储能器件在宽温域操作下的电化学稳定性 应用于电动汽车电池、超级电容器等领域。探讨了固态电解质与高电压正极材料在低于 -40°C 和高于 60°C 环境下的电化学窗口收缩与锂枝晶生长问题。详细分析了固-固界面离子电导率随温度变化的非线性特性，并介绍了通过添加离子液体或界面修饰层来拓宽材料安全操作温度范围的前沿策略。 --- 结语 本书的价值在于系统地整合了材料微观结构调控、极端环境下的物理化学响应以及面向工程应用的解决方案，为读者理解和攻克新一代功能材料在严酷工况下的设计瓶颈提供了坚实的理论基础和实践指导。全书强调跨学科的交叉融合，特别是材料物理、计算科学与先进制造技术的深度结合。

评分☆☆☆☆☆

拿到《海洋工程非线性动力学的理论与方法》这本书，我立刻被其深邃的学术气息所吸引。尽管我可能不是直接的海洋工程专家，但对于“非线性动力学”这个概念本身就充满了浓厚的兴趣。我知道，在物理和工程领域，许多最有趣、最复杂、也最贴近现实的现象都源于非线性，而线性模型往往只能提供一个近似的视角。这本书的书名直接点出了其核心内容，即深入探究海洋工程领域中的非线性动力学原理，并介绍相应的解决技术。我猜想，书中一定会涉及一些复杂的数学工具，比如李雅普诺夫稳定性理论、分岔理论、混沌理论等，这些都是描述非线性系统行为的关键。而将其应用于海洋工程，就意味着需要将这些抽象的理论与具体的物理场景相结合，例如，如何理解和预测波浪激发的复杂运动，如何分析结构在非线性力作用下的响应，甚至是如何规避可能发生的灾难性失效。我特别好奇的是，作者是如何组织这些内容的，是按照理论的层层递进，还是按照具体工程问题的分类？书中会不会有很多公式和推导？作为一名对理论感兴趣但又希望看到实际应用的读者，我希望能在这本书中找到理论的严谨性和工程的实用性之间的完美平衡。

评分☆☆☆☆☆

《海洋工程非线性动力学的理论与方法》这个书名，就给我一种深邃且实用的感觉。我并非海洋工程领域的专业人士，但对于“非线性动力学”这个概念本身就充满了敬畏和好奇。我理解，现实世界中的许多物理过程，尤其是在海洋环境中，都充满了非线性的本质，这意味着简单的线性叠加原理无法准确描述其行为。这本书的出现，正是我希望能够深入了解这些复杂过程的契机。我猜想，书中会从基础的数学理论出发，解释非线性动力学在海洋工程中的必要性，然后逐步引入具体的理论模型和分析工具。我特别期待能够看到，作者是如何将抽象的数学公式转化为能够指导实际工程设计和风险评估的知识。例如，书中是否会讨论关于海洋结构物在风、浪、流等多耦合作用下的非线性响应？又或者，是如何利用非线性动力学的方法来研究海洋哺乳动物的运动轨迹，或是分析海洋资源勘探过程中的动力学挑战？我希望这本书不仅仅是理论的堆砌，更能提供切实可行的“方法”，帮助我理解和解决那些在海洋工程领域中看似难以捉摸的动力学问题。

评分☆☆☆☆☆

《海洋工程非线性动力学的理论与方法》这个书名，让我联想到了一种挑战性的学术探索。我一直觉得，海洋工程本身就是一个充满变数和不确定性的领域，而“非线性动力学”更是将这种复杂性推向了一个新的高度。这意味着，这本书的内容很可能涉及一些非常规的、非线性的数学模型和分析方法，来处理诸如海浪的破碎、船舶的剧烈摇晃、或者海洋结构物在极端载荷下的变形等现象。我最想了解的是，书中是如何将这些抽象的数学理论具体化为能够指导工程实践的工具的。比如，它会不会介绍一些非线性动力学中特有的现象，像是吸引子、倍周期分岔、或者混沌行为，以及这些现象在海洋环境中的具体体现？还有，书中提供的“方法”又是指哪些？是数值计算方法，还是实验验证的手段？如果书中能够提供一些实际的案例分析，比如某个大型海上平台的动力学设计，或者某种新型海洋交通工具的稳定性评估，那将极大地提升这本书的价值。我希望它不仅能让我理解“为什么”会发生这些非线性现象，更能告诉我“如何”去应对它们，从而提高海洋工程的安全性和可靠性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就非常有分量，《海洋工程非线性动力学的理论与方法》。我拿到书的时候，第一感觉就是它肯定不是那种轻松愉快的读物，而是要沉下心来，跟着作者的思路去探索深邃的科学世界。我最开始关注的是它“非线性动力学”这个概念，我知道现实世界中很多现象都是非线性的，比如海浪的传播、船舶的摇摆，这些都不是简单的线性关系能够完全描述的。这本书似乎就是要揭示这些复杂现象背后的数学规律，用严谨的理论去构建模型，再通过先进的方法去解决实际工程问题。我好奇的是，书中会对哪些具体的海洋工程问题进行深入分析？比如，在极端天气条件下，大型海洋结构物（如海上油平台、风力发电机基础）的响应会呈现出怎样的非线性特征？作者是如何将抽象的非线性动力学理论与这些具体的工程场景联系起来的？我特别想知道，书中会不会涉及到一些数值模拟的技巧，比如有限元分析或者其他专门用于处理非线性问题的数值方法，因为这对于工程师来说是非常实用的。而且，“理论与方法”这个表述也暗示了这本书既有理论的深度，也有实践的指导性，这正是我作为一名工程从业者所看重的。它会不会在理论部分讲解非线性微分方程的解法，或者一些力学模型，然后在方法部分介绍如何将这些理论应用于实际的计算和设计中？我对此非常期待。

评分☆☆☆☆☆

单看《海洋工程非线性动力学的理论与方法》这个书名，就足以勾起我极大的好奇心。我一直对物理世界中那些看似混乱却又遵循某种规律的现象着迷，而“非线性动力学”正是描述这类现象的利器。当它与“海洋工程”相结合时，我立刻想到的是那汹涌澎湃的海洋，以及在其中运行的各种复杂结构。我预测这本书一定深入探讨了海洋环境中固有的复杂性和不确定性，以及它们如何影响工程结构的行为。例如，海浪并非简单的正弦波，它的传播和变形过程中充满了非线性效应。船舶的运动，尤其是在恶劣天气下，更是难以用简单的线性方程来描述。这本书会不会解释这些非线性的来源，以及它们如何导致一些意想不到的动力学行为？我尤其关心书中会提供哪些“方法”来应对这些挑战。是全新的数学分析框架，还是更先进的计算机模拟技术？我希望它能为工程师们提供一套切实可行的工具，帮助他们更准确地预测和控制海洋工程结构在各种工况下的响应，从而确保设计和运营的安全。这本书听起来就像是一把钥匙，能够打开理解海洋复杂动力学世界的大门。