复合材料力学与船舶工程应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨娜娜，姚熊亮 著

图书标签:

• 复合材料
• 力学
• 船舶工程
• 结构力学
• 材料力学
• 工程应用
• 海洋工程
• 复合材料设计
• 船舶结构
• 有限元分析

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030547743

版次：31

商品编码：12337214

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“三海一校”系列规划教材

开本：16开

出版时间：2018-03-01

页数：232

正文语种：中文

内容简介

本书采用基本理论与实际应用相结合的形式，系统阐述了复合材料在船舶领域应用中的基本原理和计算方法，目的是使读者较为全面地认识和理解复合材料及其在船舶与海洋结构中的应用。全书内容包括：概述，复合材料细观力学，复合材料宏观力学，夹层结构理论，复合材料船舶结构设计，复合材料船舶结构连接节点与设计，复合材料船舶损伤来源及维修，复合材料船舶应用。本书理论及应用介绍全面、内容精炼明了，同时体现了复合材料在船舶领域应用的**进展。

目录

第1章 概述
1.1 复合材料
1.1.1 概念
1.1.2 常用纤维材料
1.1.3 常用树脂基体材料
1.1.4 夹层结构芯材
1.1.5 复合材料的分类及特性
1.2 船体材料发展历史
1.2.1 木材
1.2.2 水泥
1.2.3 钢材
1.2.4 铝合金
1.2.5 钛合金
1.2.6 复合材料
1.3 复合材料力学简介

第2章 复合材料细观力学
2.1 均匀化理论
2.1.1 遍历理论
2.1.2 代表性体积单元
2.1.3 微观结构的几何特征
2.1.4 统计均匀性假设与均匀边界条件
2.2 复合材料的有效弹性性能
2.2.1 定义
2.2.2 单向复合材料的弹性常数
2.2.3 桥联模型
2.2.4 渐进均匀化方法
2.2.5 复合材料自洽模型
2.2.6 Mori-Tanaka法
2.3 算例

第3章 复合材料宏观力学
3.1 各向异性弹性力学基本方程
3.1.1 广义胡克定律
3.1.2 各向异性材料的本构关系
3.1.3 工程弹性常数表示的本构关系
3.1.4 弹性常数的限制
3.2 单层板理论
3.2.1 平面应力下的应力-应变关系
3.2.2 任意方向的应力-应变关系
3.2.3 正交各向异性单层板强度
3.3 层合板理论
3.3.1 经典层合板理论
3.3.2 一阶剪切变形理论
3.3.3 高阶剪切变形理论
3.3.4 层合板强度分析
3.3.5 层间应力

第4章 夹层结构理论
4.1 概述
4.2 夹层梁理论
4.2.1 概述
4.2.2 梁的弯曲
4.3 夹层板理论
4.3.1 各向同性夹层板理论
4.3.2 正交各向异性夹层板理论
4.4 蜂窝夹层结构的工程计算方法
4.4.1 蜂窝夹层结构的密度计算
4.4.2 蜂窝夹层结构的等效弹性模量计算

第5章 复合材料船舶结构设计
5.1 复合材料船舶结构设计流程
5.2 材料选择
5.2.1 纤维选择
5.2.2 基体选择
5.2.3 芯材选择
5.3 铺层设计及单层性能的确定
5.3.1 铺层设计
5.3.2 船舶常用复合材料
5.3.3 单层性能的确定
5.4 加工工艺选择
5.5 复合材料船体结构形式
5.5.1 船体结构形式
5.5.2 复合材料船体骨架及结构布置
5.6 复合材料船舶结构计算方法
5.6.1 梁理论
5.6.2 加筋板的分析方法
5.7 结构设计考虑的其他因素
5.7.1 蠕变
5.7.2 防火性能
5.7.3 疲劳特性
5.7.4 抗爆、抗冲击性能

第6章 复合材料船舶结构连接节点与设计
6.1 复合材料船舶结构连接形式
6.1.1 板的连接
6.1.2 板与骨架的连接
6.1.3 骨架的连接
6.2 复合材料船舶结构典型节点
6.2.1 舱壁与板的连接节点
6.2.2 骨架交叉连接节点
6.2.3 舷顶列板与上甲板连接节点
6.2.4 甲板与上层建筑的连接节点
6.2.5 基座在船体上的连接形式
6.2.6 龙骨结构节点形式
6.2.7 支柱固定的连接节点
6.2.8 夹层船体结构的连接节点
6.3 船用复合材料连接结构设计分析方法
6.3.1 连接形式选择
6.3.2 平面内搭接或对接
6.3.3 非平面连接：板梁结构连接节点
6.3.4 非平面连接：舱壁与板的连接
6.3.5 加强筋交叉节点

第7章 复合材料船舶损伤来源及维修
7.1 概述
7.2 海洋环境对船舶复合材料的影响
7.2.1 浸泡在海水中的复合材料受环境因素影响
7.2.2 暴露在空气中的复合材料受环境因素影响
7.2.3 海洋环境影响实例
7.3 复合材料结构中的缺陷
7.3.1 生产过程中产生的缺陷
7.3.2 使用过程中产生的损伤
7.4 复合材料无损检测技术
7.4.1 目视检测法
7.4.2 磁粉检测法
7.4.3 超声检测法
7.4.4 涡流检测技术
7.4.5 X射线照相技术
7.5 船舶复合材料结构维修
7.5.1 复合材料结构修补流程
7.5.2 复合材料维修原则

第8章 复合材料船舶应用
8.1 上层建筑
8.1.1 结构性能
8.1.2 结构隐身
8.2 桅杆
8.2.1 结构性能
8.2.2 隐身性能
8.3 螺旋桨
8.3.1 结构特性
8.3.2 水动力性能
8.4 导流罩
8.4.1 结构性能
8.4.2 声学性能
参考文献

《海洋结构物动力学与控制》 内容简介 本书深入探讨了海洋结构物在复杂海洋环境下的动力学行为及其控制策略。随着人类活动范围的不断拓展，海洋空间作为重要的资源开发和战略部署区域，对海洋结构物（如海上平台、船舶、水下设施、海洋能装置等）的设计、建造和运营提出了前所未有的挑战。这些结构物不仅需要承受静态载荷，更重要的是要应对多变的海洋环境引起的动态载荷，如波浪、风、海流、冰载荷以及地震等。理解和预测结构的动力学响应，并在此基础上设计有效的控制系统，以确保结构的安全性、稳定性和工作性能，是海洋工程领域的核心课题。 本书从理论基础出发，系统性地梳理了海洋结构物动力学研究的理论框架和关键技术。首先，我们从流体力学和固体力学两大基本学科出发，回顾了描述海洋环境载荷（如波浪模型、风速谱、海流分布等）的数学模型，并重点阐述了这些载荷与结构物之间的相互作用机理。书中详细介绍了结构物在流体中的运动方程，包括惯性力、阻尼力、回复力、波浪激起的力以及粘性阻尼等。对于不同的海洋结构物类型，如浮式平台、固定式平台、水下结构等，本书分别给出了其运动特性和动力响应的分析方法，并结合实际工程案例进行了详尽的讲解。 在动力学分析方面，本书重点介绍了多种数值计算方法，包括有限元方法（FEM）、边界元方法（BEM）、时域分析方法以及频域分析方法。读者将学习如何运用这些方法来模拟和预测结构物在不同工况下的位移、速度、加速度、应力和应变响应。针对高频激振、共振现象以及非线性动力响应等复杂问题，本书也提供了深入的分析和讨论。此外，对于结构物的疲劳寿命评估以及抗沉设计等关键问题，书中也给予了充分的关注，并介绍了相应的分析工具和设计原则。 本书的另一核心内容是海洋结构物的动力控制。随着计算能力和传感器技术的发展，主动控制技术在提高海洋结构物的性能和安全性方面发挥着越来越重要的作用。本书详细介绍了各种先进的控制理论和方法在海洋结构物上的应用，包括PID控制、状态空间控制、鲁棒控制、自适应控制、模型预测控制（MPC）以及智能控制（如模糊控制、神经网络控制）等。读者将学习如何根据结构的动力学模型和环境载荷的特性，设计出能够有效抑制结构物运动、减小载荷影响、提高工作精度的控制系统。 在控制系统的设计和实现方面，本书强调了理论与实践的结合。书中通过大量的仿真算例，展示了不同控制策略的性能对比和效果评估。同时，也结合了实际工程中常见的执行器（如舵、推进器、稳定翼、压载系统等）和传感器（如惯性测量单元IMU、GPS、波浪雷达、测力仪等）的工作原理，讲解了控制信号的生成、传输和执行过程。本书还对控制系统的鲁棒性、稳定性以及抗干扰能力进行了深入分析，并提出了相应的优化设计方法。 本书特别关注了海洋结构物在极端环境下的动力学行为和控制挑战。例如，在巨浪、台风等恶劣天气条件下，结构的动力响应可能非常剧烈，常规控制方法可能难以保证结构的安全性。本书因此详细介绍了针对极端工况的先进控制策略，如基于风险评估的自适应控制、预测性控制以及故障诊断与容错控制技术。对于水下结构物，本书也探讨了深海压力、海洋生物附着等带来的动力学问题，以及相应的减阻和抗腐蚀措施。 此外，本书还涵盖了海洋结构物动力学与控制在不同应用领域的具体案例。例如，在海上油气平台领域，书中探讨了平台的垂向和横向运动控制，以保证钻井作业的精度和人员的安全；在船舶工程领域，本书讨论了船舶的航行稳定性、操纵性能以及耐波性的提升；在海洋能开发领域，本书分析了波浪能装置、潮流能装置以及海上风力发电机组的动力学响应和控制优化；在水下航行器领域，本书则关注了潜水器和AUV的动力学建模、姿态控制以及避障技术。 本书的编写旨在为海洋工程领域的学生、研究人员和工程师提供一个全面、深入的学习平台。通过理论讲解、方法介绍、案例分析和数值模拟，读者将能够掌握海洋结构物动力学与控制的关键知识和技术，并能够将其应用于实际工程问题的分析和解决中。本书的深入研究和广泛应用，对于推动海洋工程技术的发展，保障海洋资源的合理开发和利用，以及维护国家海洋权益，都将具有重要的现实意义。 章节结构预设（仅为示例，实际内容会更详尽）： 第一部分：海洋结构物动力学基础 第一章：海洋环境载荷与模型 1.1 波浪模型（线性波、非线性波、随机波谱） 1.2 风载荷模型（阵风效应、统计特性） 1.3 海流模型与水动力效应 1.4 冰载荷与海洋地形效应 1.5 载荷的统计描述与极值分析 第二章：流固耦合作用机理 2.1 湿表面边界条件与流体动力压力 2.2 绕射与辐射波理论 2.3 粘性阻尼效应与涡激振动 2.4 势流理论与粘性流理论的应用 2.5 漂移力与偶极矩的计算 第三章：海洋结构物的运动方程 3.1 广义坐标与自由度分析 3.2 刚体动力学基本方程 3.3 结构的等效质量、阻尼和刚度矩阵 3.4 运动方程的频域和时域形式 3.5 耦合动力学分析方法 第四章：海洋结构物的动力响应分析 4.1 结构动力学理论回顾（简谐振动、受迫振动） 4.2 有限元方法（FEM）在海洋结构分析中的应用 4.3 边界元方法（BEM）在流体动力分析中的应用 4.4 结构-波浪相互作用的时域数值模拟 4.5 极端工况下的动力响应预测 第五章：特定海洋结构物的动力特性 5.1 浮式平台的运动特性（六自由度运动） 5.2 固定式平台的动力响应（基础振动、上部结构响应） 5.3 水下结构物的动力学行为（声学耦合、静水压力影响） 5.4 海洋能装置的动力学分析（波浪能转换器、风机叶片） 5.5 船舶的耐波性和操纵动力学 第二部分：海洋结构物动力控制理论与应用 第六章：控制理论基础 6.1 线性系统理论与反馈控制 6.2 PID控制及其在海洋结构中的应用 6.3 状态空间方法与最优控制 6.4 鲁棒控制与H∞控制 6.5 自适应控制与模型预测控制（MPC） 第七章：海洋结构物的主动控制策略 7.1 运动抑制控制（波浪补偿、稳定平台） 7.2 减载控制（风载荷、波浪载荷的卸载） 7.3 姿态与位置保持控制（水下航行器、浮动平台） 7.4 操纵与减摇控制（船舶、水下设备） 7.5 混合控制策略的应用 第八章：执行器与传感器技术 8.1 常用执行器（舵、推进器、液压系统、压载系统） 8.2 关键传感器（IMU、GPS、声纳、波浪雷达、测力仪） 8.3 传感器融合与数据预处理 8.4 执行器模型与饱和效应 8.5 执行器与控制器的协同设计 第九章：控制系统的设计与仿真 9.1 控制系统框图与传递函数建立 9.2 控制参数的整定与优化 9.3 仿真软件与平台的选择与应用 9.4 性能评估指标（稳定性、响应时间、稳态误差、鲁棒性） 9.5 极端工况下的控制仿真与分析 第十章：先进控制技术与发展趋势 10.1 智能控制（模糊逻辑、神经网络）在海洋结构中的应用 10.2 故障诊断与容错控制（FDI/FC） 10.3 基于学习的控制方法 10.4 分布式控制与协同控制 10.5 海洋环境感知与预测性控制 第三部分：工程应用与案例研究 第十一章：海上平台动力学与控制 11.1 半潜式平台、张力腿平台（TLP）的运动控制 11.2 FPSO（浮式生产储卸油船）的定位与操纵 11.3 水下生产系统的动力学与控制 11.4 海上风力发电机组的减摇与减载控制 第十二章：船舶动力学与控制 12.1 船舶耐波性设计与操纵性分析 12.2 主动减摇系统（Fin Stabilizer, Bilge Keel） 12.3 船舶自动驾驶与动力定位系统 12.4 破冰船的动力学与控制 第十三章：海洋能装置动力学与控制 13.1 波浪能转换装置的能量捕获与控制 13.2 潮流能装置与海洋热能转换装置的动力学 13.3 海洋能装置的结构动力学与稳定性 第十四章：水下航行器动力学与控制 14.1 潜水器与AUV的动力学建模与仿真 14.2 姿态控制与航行轨迹跟踪 14.3 避障与自主导航控制 14.4 水下作业机器人的动力学与控制 通过以上章节的系统性论述，本书将为读者提供一个关于海洋结构物动力学及其控制的全面认知，并助力读者在海洋工程领域开展创新性研究和工程实践。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我才真正体会到“工欲善其事，必先利其器”这句话的分量。作为一名在船体结构领域工作多年的工程师，我一直致力于提升设计效率和优化结构性能。传统的钢材结构虽然成熟可靠，但在追求更高航速、更长续航里程以及更低燃耗的当下，其自身重量的限制越来越明显。复合材料的出现，无疑为我们打开了一扇新的大门。然而，从经验式设计过渡到基于理论计算的设计，其过程充满了未知。这本书的出现，恰好填补了这一知识鸿沟。它不仅仅是简单地罗列复合材料的优缺点，而是深入到力学分析的本质，将复杂的复合材料力学理论，通过清晰的数学模型和图示，呈现在读者面前。从宏观的层板理论到微观的纤维增强基体相互作用，再到实际的铺层设计和铺层优化，这本书几乎涵盖了与复合材料结构设计相关的每一个环节。我尤其欣赏书中对失效模式的详细分析，这对于确保船体结构的安全性至关重要。读这本书，我感觉自己不再是凭借直觉和经验进行设计，而是拥有了更加坚实和科学的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书对我来说，更像是一本开启新视角的启蒙读物。我本身是船舶设计领域的研究者，主要关注的是船舶的性能优化，比如阻力减小、能效提升等方面。在以往的研究中，我更多地关注水动力学和推进系统。然而，随着对船舶轻量化需求的日益增长，我开始意识到材料选择对整体性能的影响有多么巨大。这本书恰好提供了一个绝佳的切入点。它并没有过多地纠缠于枯燥的材料科学细节，而是从工程应用的视角出发，将复合材料的力学特性与船舶工程的需求巧妙地结合起来。我从中了解到，通过合理设计复合材料的铺层方式和纤维取向，可以极大地改变船体的结构刚度和强度分布，从而间接影响到船舶的整体形状和流体阻力。书中关于结构减重对船舶重心和稳性的影响分析，也让我受益匪浅。这本书让我明白，在船舶性能的优化过程中，材料科学和结构力学并非孤立存在，而是相互依存、相互促进的。它拓宽了我研究的思路，让我开始思考如何将复合材料的优势，更深入地融入到船舶性能优化的理论模型中。

评分☆☆☆☆☆

作为一名船舶工程的爱好者，我一直对船舶的构造和设计有着浓厚的兴趣，但苦于缺乏专业背景，很多时候只能停留在表面。这次偶然的机会接触到这本书，虽然标题听起来有些专业，但翻阅之后，却发现它用一种非常易懂的方式，将复合材料的奥秘呈现在我面前。书中并没有堆砌复杂的数学公式，而是通过生动形象的比喻和清晰的图例，解释了为什么复合材料比传统的金属材料在某些方面具有优势。我特别喜欢书中关于船舶结构受力分析的部分，它让我明白了船体在各种复杂环境下的受力情况，以及复合材料是如何应对这些挑战的。此外，书中还介绍了复合材料在不同类型船舶上的应用案例，比如游艇、工作船，甚至是一些大型海洋工程设施，这让我对复合材料在船舶工程领域的广阔前景有了更直观的认识。阅读这本书，我感觉自己仿佛穿越了专业壁垒，对现代船舶的设计和制造有了更深层次的理解，也更加欣赏那些将创新材料融入工程实践的智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股沉静而严谨的气息，深蓝色的背景搭配着银灰色的文字，仿佛预示着内容将是关于深邃的科学和精密的技术。我是一名初入船舶设计领域的研究生，对于学科的交叉融合之处总是充满好奇。我注意到市面上关于船舶工程的书籍，要么是偏重结构强度、流体动力学等传统内容，要么就是专门探讨某种特定材料的性能。而这本书的标题“复合材料力学与船舶工程应用”，一下子就抓住了我的眼球。复合材料在现代船舶制造中的应用越来越广泛，其轻质高强、耐腐蚀的特性，为船舶设计带来了巨大的想象空间。但同时，我也深知复合材料在力学性能分析上与传统金属材料有着显著的区别，其复杂的失效机理、各向异性以及非线性行为，都给工程师带来了新的挑战。因此，我非常期待这本书能够系统地梳理复合材料在船舶工程领域的应用现状，深入浅出地讲解其力学行为的分析方法，并且能够提供一些实际工程案例作为参考。我希望它能像一位经验丰富的导师，为我解答在学习和研究中遇到的疑惑，指引我探索复合材料在船舶设计中的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本《复合材料力学与船舶工程应用》给我的感觉，就像是为我这个有些年头的设计师，注射了一剂强心针。我在船舶建造行业摸爬滚打了几十年，见证了从木壳船到钢壳船，再到如今的各种新型材料的兴起。我一直觉得，理论的东西有时候离实际工程太远，很多时候还是靠经验和师傅传下来的“老一套”。但这本书，真的不一样。它没有那种高高在上的理论腔调，而是非常务实地将复合材料的力学原理，与我们在船厂里实际会遇到的问题结合起来。比如说，书中对不同铺层方式的力学性能影响的分析，以及对层间剪切应力的处理，这都是我们在实际施工中经常需要考虑的关键点。我看了书中关于如何根据载荷情况选择合适的材料和铺层方案的建议，感觉像是突然有了更清晰的设计指引，不再是凭着感觉去猜。而且，书中还提到了复合材料在不同工况下的疲劳性能和抗冲击性能，这些都是我们在设计大型船舶时必须高度重视的。读完这本书，我感觉自己对复合材料的理解，不再是模糊的印象，而是有了一套更扎实、更具操作性的方法论。