船舶与海洋结构运动的随机理论

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出版者:北京航空航天大学
作者:黄祥鹿
出品人:
页数:166
译者:
出版时间:2005-5
价格:15.00元
装帧:
isbn号码:9787810775182
丛书系列:国防科工委“十五”规划教材
图书标签:
  • 统计
  • 教材
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具体描述

《船舶与海洋结构运动的随机理论》介绍船舶与海洋结构在波浪上运动时随机问题的处理方法,特别着重于非线性响应的统计分析问题。其中包括二阶响应的统计分析和应用马尔科夫过程理论对非线性响应的分析等当前较新的理论进展。《船舶与海洋结构运动的随机理论》可供船舶及海洋工程相关专业的科研人员、高等院校研究生及有关工程力学研究人员参考。

船舶与海洋结构运动的随机理论 本书旨在为广大船舶工程、海洋工程、土木工程领域的工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生提供一套全面、深入的随机理论基础,以理解和分析船舶及海洋结构在复杂海洋环境中的运动响应。本书的重点不在于具体介绍特定船型或海洋平台的结构设计和制造工艺,而是专注于构建一套严谨的数学框架,用以描述和预测这些结构在动态、不确定载荷作用下的行为。 核心内容概述: 全书围绕“随机性”这一核心概念展开,从最基础的概率论和随机过程理论出发,逐步引申至其在船舶与海洋结构动力学中的应用。 第一部分:概率论与随机过程基础 概率论基石: 本部分将回顾概率论的基本概念,包括随机事件、概率的定义、条件概率、独立性等。我们将深入探讨随机变量的性质,如期望、方差、概率密度函数、累积分布函数等,并介绍常见的离散和连续随机变量分布(如正态分布、均匀分布、指数分布等)。 随机过程的建模: 核心在于介绍随机过程的概念,即随时间演变的随机变量。我们将重点阐述平稳随机过程,特别是窄带平稳过程和宽带平稳过程,以及它们在描述海洋波浪载荷中的重要性。此外,还将介绍马尔可夫过程、泊松过程等其他重要随机过程类型,为理解更复杂的动力学行为奠定基础。 随机过程的分析工具: 本部分将详细介绍描述随机过程特征的工具,如自相关函数和功率谱密度函数。功率谱密度函数尤其关键,它能够揭示随机载荷(如波浪载荷)在不同频率上的能量分布,为后续的动力学分析提供输入。 第二部分:随机载荷的描述与生成 海洋波浪的随机模型: 海洋波浪是影响船舶和海洋结构运动最主要的随机载荷。本部分将介绍描述波浪高度、波浪谱的常用模型,如JONSWAP谱、Pierson-Moskowitz谱等。我们将讨论如何利用这些谱模型生成具有统计特性的合成波浪时间序列,模拟真实海况。 其他随机载荷: 除了波浪,风载、水流等也可能表现出随机性。本部分将简要介绍这些载荷的统计特征和可能的建模方法,并探讨它们对结构运动的影响。 第三部分:线性系统的随机响应分析 频域分析法: 这是分析线性系统随机响应的核心方法。我们将详细介绍如何利用功率谱密度函数和系统的频率响应函数(传递函数)来计算结构输出量的功率谱密度。通过对输出功率谱密度进行积分,可以得到输出量的均方值,进而推算其标准差,从而量化结构运动的随机性。 时域分析法(蒙特卡洛模拟): 对于复杂系统或非线性系统,时域的蒙特卡洛模拟是一种有效的分析手段。本部分将介绍如何通过生成多条随机输入的波浪时间序列,代入系统的动力学方程,然后统计大量的模拟结果,来评估结构的随机运动响应。 第四部分:非线性系统的随机响应 高阶统计量与近似方法: 实际海洋结构与海洋环境的相互作用往往是非线性的。本部分将介绍一些处理非线性系统随机响应的近似方法,例如基于卡尔曼滤波的扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF),以及高阶统计矩方法。 数值模拟方法: 对于严格的非线性问题,数值模拟仍然是关键。本部分将讨论如何在非线性动力学模型的基础上,结合随机载荷的生成,进行更复杂的时域数值模拟。 第五部分:随机理论在工程实践中的应用 结构运动响应: 详细阐述如何将随机理论应用于分析船舶在波浪中的摇荡、纵荡、横荡等运动,以及海洋平台(如导管架、半潜平台、张力腿平台)的六自由度运动。 载荷响应与疲劳分析: 介绍如何利用随机过程理论计算作用在结构上的随机载荷(如波浪力、风力)的统计特征,并进一步估算结构的疲劳寿命。 可靠性与风险评估: 探讨如何基于随机过程的分析结果,对船舶和海洋结构进行可靠性分析和风险评估,确保其在设计寿命内的安全性。 本书力求理论体系的完整性与严谨性,同时注重将抽象的数学工具与具体的工程问题相结合。通过对本书的学习,读者将能够建立起一套系统的科学方法论,从而更有效地应对复杂多变的海洋环境对船舶及海洋结构设计和运营提出的挑战。本书不会涉及具体材料力学、结构动力学方程的推导细节,也不会深入探讨流体力学中的特定方程解法,而是将这些作为已知或可查阅的背景知识,将重点放在如何运用随机理论来分析这些方程的解在不确定载荷下的统计行为。

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读后感

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用户评价

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这本书给我带来的最大感受,便是对海洋环境复杂性以及人类智慧的深刻认识。作者在描述如何利用“随机过程”来模拟船舶在波浪中的运动时,我被其严谨的逻辑和细腻的描绘所吸引。我了解到,船舶的运动并非简单的直线或曲线,而是受到无数随机波浪的不断干扰,形成一种复杂的、不可预测的轨迹。而随机理论,正是帮助工程师们理解并预测这种轨迹的关键工具。书中对于“极值理论”的应用,也让我印象深刻。我曾以为,只要结构能够承受一般的海浪,就万无一失了,但这本书让我明白,真正需要关注的,是那些发生概率极低但破坏力巨大的极端波浪。如何准确地预测这些极端波浪,并设计出能够抵御它们的结构,是海洋工程师们必须面对的重大挑战。作者通过引入各种统计模型和概率分布,为解决这一难题提供了理论依据。我甚至开始思考,这本书的某些概念,是否也能在其他需要处理不确定性的领域,比如金融市场的风险管理,找到相似的应用。总而言之,这本书不仅是一本技术性的参考书,更是一次关于如何理解和驾驭复杂世界的思维训练。

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这本书的内容比我最初的预期要丰富和深刻得多。我一直认为,船舶和海洋结构的设计,更多的是依赖于经验和一些基本的物理定律。但这本书让我彻底颠覆了这一认知。作者在书中对“船舶在规则波和不规则波中的运动差异”的详细阐述,让我明白了,海洋并非总是以我们所期望的规律性存在。不规则波浪所带来的随机扰动,才是对船舶运动影响最深远的因素。而随机理论,正是帮助我们理解和预测这种不规则性的关键。我特别欣赏作者在解释“谱密度函数”时所采用的方法,它将复杂的数学概念,通过清晰的图示和生动的比喻,变得易于理解。这让我能够窥探到,工程师们是如何通过分析波浪的能量分布,来预测船舶在不同海况下的动态表现。读到关于“结构可靠性分析”的部分,我更是被深深吸引。原来,即使是最坚固的结构,也存在失效的可能性。而通过随机理论,工程师们能够量化这种失效的概率,并采取相应的措施来提高结构的可靠性。这本书让我看到了科学的实用性和前瞻性,也对那些在幕后默默工作的工程师们充满了钦佩。

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这本书为我提供了一个全新的视角来理解海洋及其中的工程奇迹。我一直对那些在大洋中航行的庞然大物,以及那些屹立于惊涛骇浪之中的海上平台感到着迷。但过去,我更多的是从宏观上欣赏它们,而这本书则让我得以深入了解其背后精密的科学原理。作者在书中对“随机振动理论”在船舶和海洋结构中的应用进行了详尽的阐述。我了解到,船舶在海浪中的运动,本质上是一种复杂的随机振动,它受到波浪的随机激励,并产生随机的响应。而理解这种随机振动,对于确保船舶的稳定性和乘客的安全至关重要。我特别被书中关于“概率密度函数”和“自相关函数”的讨论所吸引。这些看似抽象的数学工具,却能如此精确地描述和预测船舶在随机载荷下的运动规律。这让我深刻地体会到,科学研究的严谨和力量。读到关于“风险评估”的部分,我更是认识到,这本书的理论不仅对工程设计至关重要,也为我们理解和应对海洋环境中的潜在风险提供了重要的指导。

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当我翻阅《船舶与海洋结构运动的随机理论》时,我仿佛踏上了一段探索海洋奥秘的奇妙旅程。我一直对那些在波涛汹涌中劈波斩浪的船舶,以及那些挑战自然力量的海上工程建筑充满了好奇。但过去,我所了解的只是它们的外在表现,而这本书则为我揭示了其内在的科学逻辑。作者在书中对“海洋载荷的统计特性”进行了深入的探讨。我了解到,海洋环境并非总是温和宁静,风、浪、流等各种因素的联合作用,会产生复杂的、难以预测的载荷,而这些载荷对船舶和海洋结构的影响是至关重要的。随机理论,正是帮助我们理解和预测这些载荷的关键工具。我特别对书中关于“极端值理论”的介绍印象深刻。我曾以为,只要结构能够承受一般的海浪,就足够了,但这本书让我明白,真正需要关注的是那些发生概率极低但破坏力巨大的极端载荷。如何准确地预测这些极端载荷,并设计出能够抵御它们的结构,是海洋工程师们面临的巨大挑战。这本书不仅让我增长了知识,更让我对人类智慧和对自然的敬畏之情油然而生。

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刚拿到这本书时,我只是抱着一探究竟的心态,毕竟“随机理论”这个词汇听起来就有些抽象和高深。然而,当我真正沉浸其中时,才发现这本书的内容远比我想象的要丰富和吸引人。作者以一种非常独特的方式,将复杂的数学模型与实际的海洋工程问题巧妙地结合起来。我曾以为,研究船舶和海洋结构运动,无非就是一些简单的力学公式套用,但这本书彻底颠覆了我的认知。它让我明白,海洋环境本身就是一个充满随机性的巨大系统,而船舶和海洋结构就如同在这个系统中航行的个体,必须学会适应并预测这种随机性带来的影响。我特别喜欢书中关于“响应幅度算子”的讲解,虽然初听起来有些拗口,但作者通过细致的解释和图示,让我逐渐理解了它是如何描述结构对不同频率波浪的反应强度的。这不仅仅是理论上的探讨,更是为了实际应用,比如在设计阶段,工程师们如何利用这些理论来确保结构的安全性。读到关于极端载荷和疲劳寿命的部分,我更是被深深地震撼了。原来,每一个漂浮在海上的结构,都在承受着无数次微小但累积起来的损伤,而预测和管理这种损伤,正是随机理论的用武之地。这本书让我认识到,科学研究的意义在于解决现实世界中的难题,而海洋工程正是这样一个充满挑战和创新的领域。

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当我翻开《船舶与海洋结构运动的随机理论》时,我并没有预设它会给我带来多大的惊喜,毕竟,我对船舶和海洋结构的了解仅限于表面的观察。但这本书,却以一种极其细腻和深入的方式,揭示了隐藏在平静海面下的无数复杂力量。作者在描述如何利用“蒙特卡洛模拟”来预测结构响应时,我仿佛看到了一种将抽象数学概念转化为具体工程解决方案的强大力量。我了解到,通过大量的随机模拟,工程师们可以更准确地评估不同设计方案在各种海况下的表现,从而优化结构设计,提高安全性。书中对“极端值理论”的介绍也让我大开眼界。原来,即使在看似规律的波浪中,也存在着发生概率极低但影响巨大的极端波浪。而预测这些极端波浪的发生,并设计能够抵御它们的结构,正是海洋工程师们面临的巨大挑战。我甚至开始思考,这本书的理论是否也能应用于其他领域,比如航空航天,或者更广泛的风险管理。作者的叙述方式非常严谨,每一个概念的引入都伴随着清晰的定义和解释,并且始终与实际应用紧密相连,这让我这个非专业人士也能逐渐领略到其中蕴含的科学魅力。

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作为一名对海洋充满好奇的普通读者,这本书无疑为我打开了一扇通往全新认知世界的大门。我一直对那些矗立在海上的巨大结构,如钻井平台、海上风力发电机组等,充满了敬畏。但过去,我只是看到它们宏伟的外表,却从未真正了解它们是如何在恶劣的海洋环境中安然矗立的。作者在书中对“海洋平台在风浪载荷下的动力响应”的深入剖析,让我明白了其中的奥秘。我了解到,海洋环境并非静止不变,风和浪的联合作用,以及它们之间复杂的相互关系,构成了对海洋结构最严峻的考验。而随机理论,正是帮助工程师们量化和预测这种复杂作用的关键。我特别对书中关于“疲劳寿命预测”的讨论印象深刻。原来,即使是看似微不足道的应力变化,日积月累也会对结构造成严重的损害。而通过随机理论,工程师们能够更准确地评估结构的疲劳寿命,从而制定合理的维护计划,确保结构的安全运行。这本书让我看到了科学的严谨性,也感受到了人类为了征服自然所付出的智慧和努力。

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一直以来,我都有一个挥之不去的海洋情结,那种浩瀚无垠的蓝色,既是力量的象征,也孕育着无数未知的奥秘。直到最近,我偶然间翻阅了这本《船舶与海洋结构运动的随机理论》,它就像一把金钥匙,为我打开了一个全新的视角,去理解那些在波涛汹涌中稳定航行的庞然大物,以及它们如何在变幻莫测的海洋环境中保持自身的结构完整性。我并非科班出身的工程师,也没有深厚的数学背景,但作者行云流水的叙述,以及那些恰到好处的比喻,让我这个“门外汉”也能窥探到其中蕴含的深刻智慧。书中对于“随机性”的探讨,让我开始重新审视生活中的许多现象,原来并非一切都如我们所愿般可控,接受并理解“不确定性”,反而能让我们更从容地应对挑战。我尤其对其中关于波浪载荷的描述印象深刻,作者并没有简单地罗列公式,而是通过生动的例子,解释了为什么在看似规律的波浪中,隐藏着如此巨大的随机变化,以及这些变化如何影响着船舶和海洋平台的受力情况。读完之后,我感觉自己对海洋的敬畏之心又增添了几分,同时也对那些在幕后默默工作的工程师们充满了钦佩。这本书不仅仅是一本技术性的著作,更像是一次与海洋对话的体验,它让我看到了科学的严谨,也感受到了自然的伟大。我还会将这本书推荐给同样热爱海洋的朋友们,相信他们也会从中获得不小的启发。

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这本书的结构设计非常合理,循序渐进,即使对于初学者来说,也不会感到过于突兀。我尤其欣赏作者在每一章节末尾都会进行一个简要的总结,并提出一些思考题,这极大地帮助我巩固了所学的内容。例如,在探讨“谱密度函数”时,作者先是介绍了它的基本概念,然后通过几个不同的波浪谱模型,生动地展示了不同海况下波浪能量的分布特点。我甚至可以想象,在实际的监测工作中,工程师们是如何通过收集海浪数据,然后套用这些模型来分析海况的。更让我着迷的是,书中还涉及了船舶的砰击问题,这是一个非常实际且危险的现象。作者解释了砰击是如何在特定波浪条件下发生的,以及如何通过随机理论来评估其发生的概率和影响。这让我联想到一些新闻报道中关于船舶事故的描述,或许其中就隐藏着随机理论未能完全避免的风险。我还在书中看到了关于海洋平台在风浪联合作用下的响应分析,这让我深刻地体会到,海洋环境的复杂性是多方面的,而随机理论正是应对这种复杂性的有力工具。总而言之,这本书不仅提供了知识,更培养了我一种分析和解决问题的思维方式。

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坦白说,我对统计学和概率论的理解并不算深入,所以一开始阅读这本书时,我确实有些担心自己能否完全理解其中的内容。然而,作者却用一种非常人性化的方式,将那些看似枯燥的数学原理,巧妙地融入到船舶和海洋结构运动的生动场景中。我尤其喜欢书中关于“傅里叶变换”在分析波浪谱中的应用,虽然这个概念本身听起来就很专业,但作者通过一系列图示和解释,让我明白它是如何将复杂的时域信号分解成不同频率的成分,从而揭示波浪的内在规律。这让我开始理解,为什么工程师们能够通过分析海浪的“频谱”,来预测船舶在不同海况下的运动表现。读到关于“疲劳损伤累积”的部分,我更是被深深地打动了。原来,即使是微小的、日常的海浪作用,也会在结构的金属中留下痕迹,随着时间的推移,这些痕迹累积起来,最终可能导致结构的失效。而随机理论,正是帮助我们量化这种累积效应,并预测结构寿命的关键。这本书让我看到,科学研究的价值不仅仅在于理论的探索,更在于它如何转化为实际的应用,为人类的生存和发展提供保障。

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