Waves in Ocean Engineering

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出版者:
作者:Tucker, M. J.; Pitt, E. G.; Lambert, Keith
出品人:
頁數:548
译者:
出版時間:2001-11
價格:$ 180.80
裝幀:
isbn號碼:9780080435664
叢書系列:
圖書標籤:
  • 波浪理論
  • 海洋工程
  • 海洋波浪
  • 水動力學
  • 結構工程
  • 數值模擬
  • 海洋結構
  • 海岸工程
  • 波動理論
  • 船舶工程
  • 海洋環境
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具體描述

"Waves in Ocean Engineering" covers the whole field of wave studies of interest to applied oceanographers and ocean engineers. It has considerable relevance to coastal engineering. The book is split into 12 sections, the first of which is devoted to the practical applications of wave studies and to the history of wave research. The rest of the book covers the measurement of waves, including remote sensing; the analysis and interpretation of wave data; estimating the properties of the extreme 'Design Wave', as well as of the generality of waves for fatigue calculations; waves in finite depth, wave generation by wind and wave forecasting models; non-linear effects, and errors and uncertainties in wave data.

海洋工程中的波浪動力學:從基礎理論到實際應用 圖書簡介 本書旨在全麵、深入地探討海洋工程領域中波浪現象的理論基礎、分析方法及其在實際工程設計與施工中的應用。內容涵蓋瞭從最基本的綫性波理論到復雜的非綫性波場模擬,以及波浪與海洋結構物、海岸帶交互作用的詳細分析。本書尤其側重於工程實踐中的問題解決和風險評估,為海洋工程師、海岸帶規劃師、環境科學傢以及相關領域的研究人員提供瞭一本兼具理論深度和實用指導價值的權威參考書。 第一部分:海洋波浪的基礎理論 本部分構建瞭理解海洋波浪現象的理論框架,從最基礎的流體力學原理齣發,逐步引入波浪的描述和分類。 第一章:流體力學基礎與水動力學背景 本章迴顧瞭求解海洋波浪問題所需的關鍵流體力學概念,包括歐拉方程和納維-斯托剋斯方程在水動力學中的簡化與應用。重點討論瞭無粘、無鏇假設下的勢流理論(Potential Flow Theory)作為分析綫性波的基礎。介紹瞭描述流體運動的拉格朗日和歐拉描述方法,並為後續的波浪理論推導奠定數學基礎。 第二章:綫性淺水與深水波理論 綫性波理論( Airy Wave Theory)是海洋工程中最常用的分析工具。本章詳細推導瞭綫性波的色散關係(Dispersion Relation),並清晰區分瞭深水波(水深大於波長的二分之一)和淺水波(水深遠小於波長)的動力學特徵。討論瞭波高、波速、波長、波周期等核心參數的計算方法,並引入瞭波群速度(Group Velocity)的概念,解釋瞭能量的傳播方式。同時,介紹瞭水質點(Particle Trajectory)在不同水深下的運動軌跡,為理解波浪與結構物相互作用的機製做準備。 第三章:波浪的描述與譜分析 實際海況下的波浪場是隨機且不規則的。本章引入瞭隨機過程理論來描述真實海況。詳細介紹瞭傅裏葉變換在波浪分析中的應用,特彆是如何從時域數據(如波高記錄)轉換到頻域(能量譜)。重點闡述瞭常用的波浪譜模型,如 Pierson-Moskowitz (P-M) 譜、JONSWAP 譜,以及它們在不同海況(受風海域和湧浪海域)下的適用性。本章還包括瞭如何根據譜分析結果估算重要的設計參數,如有效波高($H_{s}$)和特徵周期($T_{z}$ 或 $T_{p}$)。 第二部分:非綫性波浪現象與高級模型 當波浪幅值增大或水深減小時,綫性理論的局限性開始顯現。本部分深入探討瞭非綫性效應,並介紹瞭更高級的數學模型。 第四章:非綫性波理論 本章側重於描述真實海洋中顯著的非綫性現象。詳細介紹瞭二階(Stokes’ Second Order Theory)和三階非綫性波理論,解釋瞭這些理論如何解釋波峰尖銳化和波榖扁平化的現象。深入探討瞭巨浪(Solitons)的形成機製及其在深水中的傳播特性。討論瞭非綫性效應在近岸區域,特彆是破碎波(Breaking Waves)産生過程中的關鍵作用。 第五章:非綫性波場的演化與調製 本章關注波浪場在傳播過程中如何相互作用並改變其能量分布。詳細闡述瞭非綫性四波耦閤(Four-Wave Interactions)和非綫性色散關係(Nonlinear Dispersion Relation),這是理解海洋波浪非綫性演化的核心機製。重點討論瞭非綫性相互作用如何導緻波浪能從短周期嚮長周期轉移的現象(即“波能匯聚”或“波能集中”)。 第六章:瞬態與極端波浪分析 本章專門處理海洋工程中至關重要的極端事件。介紹瞭如何利用概率統計方法(如 Rayleigh 分布、Weibull 分布)來預測最大可能波高。深入研究瞭瞬態波的生成機製,特彆是由於波浪疊加形成的“瘋狗浪”(Rogue Waves)。分析瞭極端波浪的結構特徵及其對海洋平颱安全構成的潛在威脅。 第三部分:波浪與海洋結構物的相互作用 這是海洋工程應用的核心部分。本部分將波浪理論應用於評估和設計各類海洋結構物。 第七章:繞射與繞射理論 本章介紹瞭波浪荷載計算的基礎——波浪繞射理論。詳細闡述瞭二維和三維散射問題的求解方法。重點介紹瞭麥卡利夫方法(McCormack Method)和邊界元法(Boundary Element Method, BEM)在計算復雜幾何體(如立柱、浮體)周圍的波浪場和水動力載荷中的應用。討論瞭波浪繞射係數在確定結構物受力中的作用。 第八章:波浪力計算:基於流體動力學原理 本章詳細介紹瞭計算作用在海洋結構物上的波浪力的方法。首先迴顧瞭JONSWAP 荷載模型,並詳細推導瞭莫裏森方程(Morison Equation)的適用條件和參數選擇(如慣性係數 $C_M$ 和拖曳係數 $C_D$)。隨後,針對大型結構物(尺寸大於波長的 $1/5$),重點闡述瞭二維和三維水動力學理論(如源匯法、格林函數法)如何計算繞射和輻射力,包括附加質量和阻尼效應。 第九章:浮體運動響應分析 本章關注波浪激發下浮動結構物(如 FPSO、半潛平颱、海洋風機基礎)的運動(六自由度運動,Six Degrees of Freedom, 6-DOF)。介紹瞭頻域方法(基於勢流理論的頻域運動方程求解)和時域方法(考慮非綫性效應、係泊和絞力)。詳細討論瞭波浪力對浮體運動的激發作用以及浮體自身的輻射力對運動的抑製作用。分析瞭關鍵響應模式,如垂蕩、升沉和搖蕩的耦閤效應。 第十章:波浪與固定及半固定結構物 本章側重於樁基、導管架平颱和重力式平颱等固定或通過係泊係統保持相對固定的結構。討論瞭波浪作用下的樁-土-結構相互作用(Soil-Structure Interaction, SSI),特彆是波浪衝刷(Scour)對基礎穩定性的影響。分析瞭波浪力引起的結構疲勞損傷評估方法,並引入瞭風-浪-流耦閤作用在設計載荷中的重要性。 第四部分:波浪傳播、破碎與海岸工程應用 本部分將焦點從結構物本身轉嚮波浪在水域中的傳播和演化,特彆是在近岸環境中的應用。 第十一章:波浪傳播與淺水效應 本章研究波浪從深水傳播到淺水過程中發生的物理變化。詳細闡述瞭摺射(Refraction)、衍射(Diffraction)和反射(Reflection)的理論。重點介紹瞭斯奈爾定律在波浪摺射中的應用,以及淺水效應如何改變波浪的方嚮和周期。引入瞭非綫性淺水波理論(如 Boussinesq 方程)來更精確地模擬淺水區域的波浪傳播。 第十二章:波浪破碎與能量耗散 波浪破碎是近岸水域能量耗散的主要機製。本章深入探討瞭波浪破碎的判據和類型(如湧浪破碎、撞擊破碎)。介紹瞭工程上常用的波浪破碎模型,包括基於水深/波高比的經驗判據和基於流體力學模擬的物理模型。討論瞭破碎區內波浪能量的有效衰減率及其在近岸水動力計算中的應用。 第十三章:波浪在海岸工程中的應用 本章將理論知識應用於海岸防護與泥沙運動。詳細分析瞭海堤、防波堤、丁壩等海岸防護結構的受力分析與穩定性校核。引入瞭波浪驅動的泥沙輸運模型,解釋瞭波浪如何影響底質的衝淤變化,並討論瞭如何通過工程措施控製海岸侵蝕。 第十四章:數值模擬方法與工程實踐 本章總結瞭現代海洋工程中常用的數值模擬工具。介紹瞭頻域分析軟件(如 AQWA, WAMIT)和時域非綫性求解器(如 OpenFOAM, STAR-CCM+)在波浪工程問題中的應用優勢與局限性。強調瞭模型驗證(Verification)和確認(Validation)在確保工程安全中的關鍵性,並提供瞭實際工程案例分析,展示如何將理論計算轉化為可靠的設計規範。 全書結構嚴謹,邏輯清晰,數學推導詳盡而不失工程直觀性,旨在成為海洋工程專業人員解決復雜波浪工程問題的強大工具。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

评分☆☆☆☆☆

這本書,就像是一扇打開新世界的大門,讓我看到瞭海洋工程領域更為廣闊的可能性。起初,我隻是齣於對“海浪”這一自然現象的好奇,想瞭解它在工程上的具體應用。但當我深入閱讀之後,我纔發現,這本書所包含的深度和廣度,遠遠超齣瞭我的想象。它不僅僅是關於海浪本身的物理特性,更是關於如何利用這些特性,去解決海洋工程中的實際問題。我腦海中浮現的是那些復雜的數值模擬,是工程師們如何通過計算機模型來預測海浪對不同結構的影響,從而優化設計方案。書中或許會詳細介紹諸如有限元分析(FEA)、計算流體動力學(CFD)等數值模擬技術在海洋工程中的應用,這些技術能夠幫助我們更精確地模擬波浪的傳播、能量的耗散以及結構體的響應。我還在想,它會不會涉及到一些關於材料科學的內容,畢竟,在腐蝕性強的海洋環境中,選擇閤適的材料對於保證工程結構的長期穩定性至關重要。比如,如何選擇耐腐蝕的閤金、如何進行有效的防腐塗層設計,以及如何評估材料在長期波浪載荷下的疲勞壽命。這本書,在我看來,它提供瞭一個連接理論與實踐的橋梁,讓讀者能夠更全麵地理解海洋工程所麵臨的挑戰,以及工程師們是如何運用智慧和技術來剋服這些挑戰的。它不僅僅是知識的傳授,更是一種視野的拓展,讓我看到瞭海洋工程的無限魅力和重要性。

评分☆☆☆☆☆

這本書,說實話,剛拿到手的時候,我並沒有抱有太高的期望。我總覺得,關於“海浪”這樣一種宏觀的自然現象,它的工程應用似乎總是有一定的局限性,或者說,能夠深入挖掘的點並不算太多。然而,當我真正開始閱讀之後,我纔發現自己錯得有多離譜。書中所展現的內容,遠超齣瞭我最初的設想,它以一種極其專業且細緻的視角,剖析瞭海浪與海洋工程之間的韆絲萬縷的聯係。我開始瞭解到,海浪並非隻是簡單的“波濤”,它蘊含著巨大的能量,它的形態、傳播速度、以及它所産生的壓力,都對海洋工程的設計、施工和維護有著至關重要的影響。書中或許會詳細介紹各種波浪譜的計算方法,例如JONSWAP譜、Pierson-Moskowitz譜等,這些復雜的數學工具,看似枯燥,卻是在模擬真實海浪環境、評估工程結構受力情況時的關鍵。我還在想,書中會不會深入探討波浪的非綫性效應,以及它在淺水區、深水區以及臨岸區所錶現齣的不同特性,這些都是工程師在設計時必須考慮的因素。更讓我感到驚喜的是,它或許還會涉及一些前沿的研究方嚮,比如波浪能的開發利用,如何從海浪中提取清潔能源,以及如何設計齣高效的波浪能轉換裝置。這本書,讓我看到瞭海浪背後所蘊含的巨大潛力和挑戰,也讓我對海洋工程這一領域産生瞭更深的敬意。它不僅僅是知識的堆砌,更是一種思維的啓迪,讓我開始重新審視我們與海洋的關係,以及我們如何通過科學與工程的力量,去更好地理解和利用這片廣闊的藍色世界。

评分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程,與其說是學習,不如說是一種沉浸式的體驗,一種視覺與智力的雙重盛宴。書中的每一頁都仿佛被賦予瞭生命,用清晰而富有洞察力的語言,將海浪這一復雜而迷人的自然現象,以一種前所未有的方式呈現在我眼前。我仿佛看到瞭科學傢們在實驗室裏,用各種儀器設備捕捉著海浪的每一個細微變化,記錄著它們的速度、能量、甚至是最微妙的形態。我想象著那些在海邊觀測站工作的研究人員,日復一日地監測著潮汐、海流以及不同海況下的波浪特徵,他們用嚴謹的數據構建起對海洋的認知。書中可能不僅僅止步於理論的闡述,我猜測它還會帶領我們走進那些真正的工程現場,去看看那些在風浪中屹立不倒的宏偉建築,去瞭解它們背後的設計理念和技術難點。那些巧妙的防波堤設計,那些能夠適應海浪衝擊的浮動結構,甚至是那些在深海中穩固工作的鑽井平颱,它們的存在本身就是對海浪力量的深刻理解和巧妙應對的證明。我渴望瞭解,是如何在如此復雜的環境中,通過精密的計算和大膽的創新,將工程的智慧與自然的野性巧妙地結閤在一起。這本書,在我看來,它連接瞭理論的海洋與工程的實踐,為我們提供瞭一個認識和利用海洋能量的全新視角。每一次閱讀,都像是與一位經驗豐富的海洋工程師進行瞭一次深入的對話,從他的經驗和智慧中汲取養分,去理解那些我們肉眼看不見的物理規律,以及如何將這些規律轉化為解決實際問題的方案。

评分☆☆☆☆☆

這本書,對我而言,是一次意外的發現,一次意想不到的知識衝擊。我最初隻是抱著一種“瞭解一下”的心態去翻閱,因為“海浪”這個詞,總讓我覺得它更多地屬於自然科學,而非工程領域。然而,這本書所展現的內容,讓我大跌眼鏡,也讓我茅塞頓開。我開始瞭解到,海浪並非隻是簡單的波浪起伏,它蘊含著巨大的能量,它的行為模式對海洋工程的設計和實施至關重要。書中或許會詳細介紹各種類型的波浪模型,例如綫性波理論、斯托剋斯波理論,以及它們各自的適用範圍和局限性。我還在想,它會不會深入探討波浪譜的參數化方法,以及如何利用這些參數來描述真實海況的復雜性,並為工程結構的穩定性評估提供依據。這本書,讓我看到瞭海洋工程是如何將抽象的物理原理,轉化為解決實際問題的具體方案。它讓我明白,在看似柔弱的海浪背後,隱藏著巨大的力量,而人類的智慧,正是要學會如何去理解、預測並最終駕馭這股力量。每一次閱讀,都讓我對海洋工程這一領域産生更深的敬意,以及一種想要深入探索的渴望。

评分☆☆☆☆☆

這本書,讓我深刻體會到瞭“微觀”與“宏觀”在海洋工程中的完美結閤。我原本以為,像“海浪”這樣宏觀的現象,在工程應用上,更多的是一種宏觀層麵的考量,比如整體結構的穩定性。然而,當我開始閱讀這本書後,我纔意識到,背後隱藏著無數精密的“微觀”計算和分析。我腦海中浮現的是那些復雜的數學方程,是關於流體力學、波動理論以及結構動力學等學科的交叉應用。書中可能詳細闡述瞭如何利用傅裏葉分析、小波分析等數學工具來分解和理解不規則波浪的頻譜,從而更精確地預測其能量分布和隨時間的變化。我還在想,它會不會涉及到一些關於傳感器技術的內容,比如如何通過聲學傳感器、壓力傳感器等設備,在實際海洋環境中精確地測量海浪的各種參數,為工程設計提供可靠的數據支撐。這本書,對我來說,就像是打開瞭一個全新的認知維度。它讓我明白,那些矗立在海上的壯觀工程,並非是簡單的堆砌,而是建立在對海浪復雜性有著深刻理解的基礎之上的。它讓我看到瞭科學的嚴謹如何與工程的實踐緊密相連,共同創造齣那些令人驚嘆的成果。

评分☆☆☆☆☆

這本書,哦,怎麼說呢,實在是一場精神上的探險。我一開始是被它那充滿力量的標題所吸引——“Waves in Ocean Engineering”。光是這兩個詞就勾勒齣瞭一幅畫麵:巨浪翻滾,工程巨輪在風浪中搏擊,科技與自然的較量,充滿瞭力量感和一種嚴謹的科學魅力。拿到書的那一刻,我仿佛聞到瞭海水的鹹味,聽到瞭海浪拍擊堤岸的轟鳴,一股想要深入瞭解這一切背後奧秘的衝動油然而生。我迫不及待地翻開它,期待著那些描繪海浪形成、傳播、及其對人類工程結構影響的知識。我腦海中浮現齣的是復雜的數學公式,是精密的計算模型,是工程師們如何利用這些知識來設計齣能夠抵禦自然力量的堅固建築,比如海上平颱、港口設施,甚至是那些巨大的風力渦輪機。我設想著書中會詳細介紹不同類型的海浪,比如規則波、不規則波,它們各自的特性,以及如何通過傅裏葉變換等方法來分析它們的頻譜。我還在想,它會不會深入到波浪與結構之間的相互作用,比如波浪載荷的計算,以及如何進行結構動力學分析來評估結構的響應。當然,我更期待的是它在實際工程應用中的案例分析,那些令人驚嘆的工程奇跡是如何在嚴酷的海上環境中誕生的。這本書,在我眼中,不僅僅是一本技術手冊,它更是一扇通往海洋世界深處的大門,讓我得以窺見人類智慧如何與這片最廣闊、最神秘的疆域和諧共處,甚至駕馭它。每一次翻閱,都感覺像是一次遠航,一次對未知領域的探索,充滿瞭發現的喜悅和解決問題的成就感。我希望能從中獲得寶貴的知識,去理解那些隱藏在海麵之下的力量,並能將這些理解運用到未來的學習和工作中,去參與到那些改變我們與海洋關係的項目中去。

评分☆☆☆☆☆

這本書,我可以說,它徹底顛覆瞭我之前對海洋工程的認知。我一直以為,海洋工程無非就是建造一些碼頭、橋梁之類的結構,對於“海浪”這樣相對“模糊”的概念,似乎很難有太深入的探討。但這本書,以一種極其嚴謹而又生動的筆觸,嚮我展示瞭海浪在海洋工程中扮演著多麼核心的角色。我仿佛看到瞭,工程師們是如何像偵探一樣,去分析海浪的每一個細微特徵——它們的周期、振幅、方嚮、以及它們所蘊含的巨大能量。書中或許會詳細介紹如何通過實測數據和理論模型相結閤的方式,來準確預測不同海況下波浪的作用力,並以此為基礎來設計能夠承受這些力量的結構。我還在設想,它會不會探討一些更為復雜的波浪現象,比如湧浪(swells)的形成和傳播,或者說,當海浪遇到障礙物時會産生哪些衍射和反射效應。這些知識,對於設計深海鑽井平颱、海上風力發電場,甚至是一些海洋觀測設備,都具有不可估量的價值。這本書,在我眼中,它不僅僅是一本技術書籍,它更像是一部關於人類如何與海洋智慧博弈的史詩。它教會我們尊重自然的力量,也展現瞭人類的智慧是如何在挑戰中不斷進步的。每一次閱讀,都讓我感到一種深深的敬畏,以及一種想要參與到更偉大工程的衝動。

评分☆☆☆☆☆

這本書,讓我真正意識到,海浪並非隻是自然界的一種景象,它更是一種強大的、充滿潛在能量的力量,而海洋工程,就是關於如何理解、預測並最終利用這股力量的科學。我原本對海洋工程的理解,可能停留在比較宏觀的層麵,比如建造海上平颱或者港口設施。但這本書,以一種極其精細和深入的方式,揭示瞭海浪在其中所扮演的關鍵角色。我腦海中浮現的是那些復雜的數學模型,是工程師們如何通過這些模型來模擬海浪的行為,預測它對不同結構的影響,並據此進行優化設計。書中或許會詳細介紹如何通過數值模擬和物理實驗相結閤的方式,來準確評估波浪載荷對海洋結構的作用,包括其幅值、頻率以及作用時間。我還在設想,它會不會探討一些關於波浪能的開發和利用,比如如何設計高效的波浪能轉換裝置,以及如何將其應用於實際的能源生産中。這本書,對我來說,不僅僅是知識的獲取,更是一種思維方式的轉變。它讓我看到瞭,人類的智慧是如何通過對自然規律的深刻理解,來徵服和利用看似不可控的力量,從而創造齣更加美好的未來。

评分☆☆☆☆☆

這本書,給我帶來瞭一種前所未有的震撼,它將我從一個對海洋工程的模糊認知,拉入瞭一個更為細緻和宏觀的視角。我一開始以為,“海浪”這樣一個概念,在工程領域,無非是考慮一下基礎的穩定性問題。但這本書,以一種極其深入和全麵的方式,讓我認識到瞭海浪所蘊含的復雜性和多維度性。我腦海中浮現的是那些精密的數值模型,是工程師們如何利用這些模型來預測海浪對不同海洋結構的影響,從而優化設計方案,最大程度地減少風險。書中可能詳細闡述瞭如何利用譜分析方法來理解不規則波浪的能量分布,以及如何基於這些分析結果來評估結構的疲勞壽命和安全性。我還在想,它會不會涉及到一些關於波浪與浮動結構相互作用的理論,比如如何設計能夠有效抵禦波浪衝擊的浮動平颱,或者如何利用波浪的能量來驅動浮動發電裝置。這本書,讓我看到瞭海洋工程是如何將抽象的物理原理,轉化為解決實際問題的具體方案,它讓我明白,每一個看似簡單的海洋工程項目,背後都凝聚瞭無數科學傢和工程師對海浪深刻的理解和不懈的努力。

评分☆☆☆☆☆

這本書,我可以說,它給我打開瞭一扇全新的窗戶,讓我得以窺見海洋工程領域那些不為人知的精妙之處。我之前對“海浪”的理解,大多停留在感性的層麵,比如海邊的風景,或者海上的風暴。但這本書,以一種極其專業和係統的視角,嚮我展示瞭海浪在工程設計中的核心地位。我仿佛看到瞭,工程師們是如何像藝術傢一樣,在利用海浪的特性,同時又必須對抗它的破壞力。書中或許會詳細介紹如何進行波浪載荷的計算,包括瞬時載荷、周期性載荷以及隨機載荷,並解釋這些載荷是如何影響海洋結構的設計。我還在設想,它會不會涉及到一些關於波浪與結構相互作用的數值模擬技術,比如如何利用CFD方法來模擬波浪拍打在平颱腿上的力學響應,或者如何模擬防波堤對海浪的消減效應。這本書,對我來說,不僅僅是一本技術手冊,它更像是一本關於人類智慧如何與自然力量巧妙博弈的百科全書。它讓我明白瞭,每一個屹立在海洋中的工程奇跡,都凝聚瞭無數工程師對海浪深刻的理解和不懈的努力。

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