具体描述
《海洋运动体控制原理》以海洋运动体控制的理论研究和工程应用需要为基础，介绍了海洋运动体的动力学模型、海洋运动体受到的海洋扰动及它们的模型、海洋运动体运动控制装置，介绍了船舶航向控制和横摇减摇原理，自动舵原理和减摇装置原理，以及智能技术在海洋运动体减摇系统中的倾均衡的自动控制以及深潜救生艇动力定位系统控制模型及控制。
《海洋运动体控制原理》在介绍海洋运动体控制的理论时，着重介绍了这些理论的工程应用。
《海洋运动体控制原理》可作为船舶类院校的自动控制、船舶电气、船舶装置和船舶工程等专业的高年级学生和研究生的教材，也可供从事船舶、船舶装置及船舶设计和建造的工程技术人员使用。
物理世界中的运动与交互：流体力学与结构动力学的新视野 本书聚焦于一个复杂而迷人的领域：物理系统中流体与固体结构的相互作用及其控制。 我们将深入探讨那些在自然界和工程实践中无处不在的现象——从高速气流中飞机机翼的振动，到复杂水下结构在湍流中的响应。这不是一本关于传统流体力学或经典结构动力学的教科书，而是一部旨在连接这两个学科前沿、探索“流固耦合”系统的综合性专著。 本书将主要围绕非线性动力学、先进数值模拟方法以及主动控制策略这三大核心支柱展开。我们旨在为研究人员、高级工程专业学生以及需要解决复杂流致振动问题的工程师提供一个坚实的理论框架和实用的分析工具。 第一部分：基础理论的重构与深化 本部分旨在为后续的复杂分析打下坚实的基础，但我们将侧重于那些对耦合问题至关重要的、具有非线性特征的理论基础。 第一章：流体动力学的非线性修正与湍流建模的挑战 我们首先回顾Navier-Stokes方程，但重点将放在边界层分离、尾流动力学以及大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）在描述结构附近流动特征上的局限与优势。特别地，我们将深入分析高马赫数下可压缩流动的激波与结构相互作用的物理机制，并介绍分离流场中动量和能量的精确传递模型，这些模型是理解结构颤振和失稳的关键。我们还将探讨非牛顿流体（如高粘度液体或泥浆）对浸入式结构载荷的影响。 第二章：结构动力学的几何与材料非线性 结构部分将超越线弹性假设。重点将放在大变形理论和几何非线性对系统固有频率和模态形状的影响。我们将详细分析屈曲分析，特别是流致屈曲（如管线在高速流体中的弯曲失稳）。材料模型将扩展到包括粘弹性和塑性损伤，以更真实地模拟材料在反复交变载荷下的疲劳累积过程。对于薄壁结构（如蒙皮和叶片），壳体动力学理论将进行必要的几何化和离散化处理。 第三章：耦合界面——能量传递与信息交换 这是本书的核心逻辑起点。我们将严格定义流固耦合（FSI）的物理界面。内容包括：拉格朗日-欧拉（ALE）方法的推导及其在网格重构中的挑战；分区求解器与单场求解器的效率对比；以及弱耦合、中等耦合和强耦合三种耦合强度的适用场景区分。重点分析动量和能量在流固交界面上的守恒性验证，这是确保数值结果物理可靠性的基石。 第二部分：关键耦合现象的深入剖析 本部分聚焦于流固耦合系统中最具挑战性、最影响工程安全的几类现象，并提供精确的分析工具。 第四章：气动弹性力学：颤振、抖振与气动弹性裕度 本章专门处理空气动力学环境下的结构失稳问题。我们将详细讲解库塔-茹科夫斯基理论在非定常流场中的推广，用于计算升力系数和阻力系数的时间滞后效应。经典颤振分析将从特征值问题扩展到非线性状态空间模型，以捕捉由大变形或高非线性气动载荷引起的极限环振荡（Limit Cycle Oscillations, LCO）。此外，我们将探讨钝体绕流诱发的涡振动（Vortex-Induced Vibrations, VIV）在桥梁和高耸结构中的具体建模。 第五章：水动力学下的复杂耦合——波浪、水流与海洋结构 针对海洋工程，本章将重点分析水体运动对浮式和系泊结构的影响。内容包括：绕射理论和辐射理论在计算波浪激励力中的应用；拖曳力模型在不同雷诺数下的修正；以及海底管道在紊流泥沙流中的冲刷与振动耦合。我们将探讨如何利用Green函数方法加速水体动力学计算，以应对大型海上风机基础和深海脐带缆的复杂运动。 第六章：热流固耦合：疲劳与寿命预测 本章引入了热传递作为第三个关键变量。我们将分析高超声速飞行器热防护系统中，气动加热、结构热膨胀与机械载荷共同作用下的热机械耦合问题。重点在于如何精确计算热梯度导致的结构应力集中，以及如何结合材料损伤累积模型，对系统在长期服役条件下的疲劳寿命进行可靠的预测。 第三部分：先进控制与优化方法 最终部分将超越被动响应的分析，转向如何主动地、智能地调控流固耦合系统。 第七章：流固耦合系统的被动与主动抑制技术 我们将评估多种抑制不稳定性（如颤振、VIV）的策略。被动控制部分将侧重于结构形态优化，例如变刚度设计和阻尼器的优化布局。主动控制部分是本章的重点，将介绍基于最优控制理论（如LQR、H-infinity控制）的解决方案。我们将详细论述传感器和执行器的放置策略，以及如何利用非线性模型预测控制（NMPC）实时补偿流场变化，保持结构在动态载荷下的稳定性。 第八章：基于模型的系统辨识与不确定性量化 在实际工程中，模型参数往往存在不确定性。本章将介绍如何利用实验数据和传感器反馈对流固耦合系统的高保真模型进行实时辨识和修正。内容包括：卡尔曼滤波在状态估计中的应用；以及如何采用蒙特卡洛模拟或不确定性传播方法来量化流场参数波动对系统稳定性裕度的影响。这为工程决策提供了更可靠的风险评估依据。 第九章：面向制造的优化设计与拓扑探索 本章将现代优化算法应用于耦合系统的设计流程。我们将探讨多目标拓扑优化，目标函数需同时优化结构的轻量化、气动/水动性能以及抗振稳定性。内容涵盖伴随灵敏度分析在耦合系统中的实现，以高效计算高维设计空间中的梯度信息，最终指导新型复合材料结构、仿生外形设计以及智能材料驱动器的集成布局。 本书的叙述风格力求严谨、深入，注重物理意义的阐释，并辅以必要的数学工具推导，旨在为读者提供一个面对复杂工程挑战时，既有深度又有广度的知识体系。
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