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船舶与海洋工程技术丛书：结构完整性与生命周期管理 主编： 史密斯，约翰 A. / 鲍勃森，玛丽 E. 出版社： 海洋工程技术出版社 装帧： 精装 页数： 约 850 页 定价： 待定 --- 内容提要 本书系“船舶与海洋工程技术丛书”的又一部重量级专著，聚焦于现代船舶、海洋平台、水下设施在严苛服役环境下的结构完整性维护、疲劳评估、以及全生命周期可靠性管理。本书旨在为船舶设计师、海洋结构工程师、材料科学家以及海事安全监管机构提供一套全面、深入且具有前瞻性的技术框架和实践指导。 本书的核心目标是超越传统腐蚀防护的范畴，深入探讨材料在长期应力作用下的行为，特别是疲劳裂纹的萌生、扩展机理，以及如何通过先进的无损检测（NDT）技术和风险评估模型来确保海洋结构的安全裕度。全书内容紧密围绕海洋工程的实际挑战展开，强调理论分析与工程实践的紧密结合。 章节结构与核心内容 本书共分为八个主要部分，共二十二章，结构严谨，逻辑清晰： 第一部分：海洋环境与结构载荷分析（共三章） 本部分奠定了结构完整性评估的理论基础。重点分析了海洋环境对船舶和海洋结构物的复杂载荷作用，包括： 1. 极端海况下的结构动力学响应： 详细阐述了波浪载荷的随机过程模型，特别是针对非常规波浪（如孤立波和交叉海况）对浮式结构（FPSO、半潜平台）的瞬态冲击分析。探讨了耦合流固作用（FSI）在评估高柔性结构（如深水系泊系统）动态响应中的应用。 2. 环境载荷的时变特性与谱分析： 聚焦于如何将长期气象和海况数据转化为结构设计和寿命预测所需的有效载荷谱。引入了多变量概率模型来描述载荷的相互影响。 3. 冰载荷与浅水环境的特殊挑战： 针对极地和近海浅水工程，分析了冰层碰撞、泥沙冲刷等非典型载荷对船体和桩基的局部破坏效应。 第二部分：材料的力学性能与损伤演化（共四章） 本部分深入探讨了海洋工程中常用材料（高强度钢、铝合金、复合材料）在应力循环作用下的本构关系和损伤机制。 4. 高强度钢材的疲劳裂纹萌生与扩展： 详细分析了焊接接头区域的残余应力、微观组织对疲劳起裂阈值的影响。介绍了基于应力强度因子范围（ΔK）和应变范围（Δε）的经典疲劳评估方法，并结合现代断裂力学进行修正。 5. 焊接残余应力场的精确测量与建模： 重点介绍了 X 射线衍射法（XRD）和中子衍射法在海洋结构热影响区（HAZ）残余应力场的精确表征，以及如何将这些数据耦合到有限元（FE）模型中进行更真实的疲劳寿命预测。 6. 复合材料在海洋环境中的性能衰减： 探讨了纤维增强复合材料（FRC）在海水浸泡、紫外线照射和机械交变载荷耦合作用下的水解、微裂纹扩展及界面脱粘现象，特别是针对深潜器耐压壳体材料的性能变化。 7. 疲劳损伤的累积模型与寿命预测： 对 Miner 准则、Morrow 模型的局限性进行了批判性分析，并介绍了更先进的线性累积损伤模型（如基于损伤容限的评估方法）在评估复杂载荷路径下的结构剩余寿命中的应用。 第三部分：先进结构分析与寿命评估（共四章） 本部分侧重于将材料科学与结构工程相结合，进行定量化的寿命预测和风险评估。 8. 高阶有限元分析在局部应力集中区的应用： 讨论了如何利用三维精细化模型（3D FEA）准确捕捉焊缝趾部等应力奇异点处的应力梯度，并将其作为疲劳分析的输入参数。 9. 概率疲劳分析（PFA）与不确定性量化： 引入贝叶斯方法和蒙特卡洛模拟，处理材料参数、载荷输入和几何模型中的固有不确定性，为结构可靠性指标（如 $P_f$）的确定提供科学依据。 10. 断裂韧性和裂纹失稳扩展的临界条件： 重点讲解了 J 积分和裂纹尖端张开位移（CTOD）参数在评估存在预制缺陷结构的安全裕度时的应用，特别是对厚板结构的屈服-脆性转变温度（DBTT）的考量。 11. 系统可靠性评估与冗余度分析： 从系统层面审视海洋结构的网络化连接，分析关键路径上的失效模式，并评估保护层（如涂层、阴极保护）失效后的系统可靠性下降速度。 第四部分：无损检测（NDT）与健康监测（SHM）技术（共四章） 本部分介绍了现代技术在早期缺陷发现和实时状态评估中的关键作用。 12. 超声波检测（UT）在厚钢板中的高精度缺陷定位： 详细介绍了相控阵超声（PAUT）和导波技术在焊缝和关键节点区域的自动化扫描方案，强调了如何提高对次表层微小裂纹的检测灵敏度。 13. 电磁声换能器（EMAT）与磁化技术在表面及近表层检测中的优势： 探讨了 EMAT 技术在高温或浸水环境下进行疲劳裂纹早期检测的潜力，以及磁粉检测（MT）的定量化改进方案。 14. 应变传感器网络（SSN）与光纤光栅（FBG）监测系统： 描述了如何利用分布式传感技术实时获取结构表面应变分布，并将其用于后验疲劳损伤的修正计算。 15. SHM数据处理与寿命修正： 阐述了如何将实时监测数据（如应变、振动模式变化）通过数据挖掘技术，反馈到寿命预测模型中，实现“使用寿命”而非“设计寿命”的评估。 第五部分：维修、加固与退役管理（共三章） 本部分关注结构在服役周期中的干预措施和终结管理。 16. 疲劳裂纹的修补技术与再评估： 详细对比了不同形式的机械加固（如湿贴补丁、螺栓连接）和热处理技术对结构残余疲劳性能的影响，以及修补后的寿命重新认证流程。 17. 水下结构物的就位修复与临时支撑： 针对深水管道和立柱，介绍了采用饱和潜水或遥控潜水器（ROV）执行的临时性结构支撑和局部材料移除技术。 18. 结构退役与材料回收的可靠性考量： 分析了在结构解体过程中，由于材料应力释放或重新载荷可能诱发的次生损伤风险。 附录：国际标准与规范对比 收录了 DNV GL、ABS、API 等主要船级社和行业组织关于结构疲劳设计、检测间隔和维修方案的最新规范对比，便于工程师快速查阅和对比。 目标读者 从事油气、风电、交通运输领域的海洋结构设计和建造工程师。 从事船舶检验、入级和第三方认证的专业人员。 高校相关专业的博士和硕士研究生，以及致力于海洋结构可靠性研究的科研人员。 本书特色 本书的价值在于其多学科交叉的深度与广度。它系统地整合了材料科学前沿（如晶粒尺度疲劳）、计算力学（高阶 FEA、随机过程）和现代检测技术（PAUT、SHM），构建了一个从环境输入到结构输出的完整可靠性评估链条。书中包含大量详细的工程案例分析和具体的计算流程图解，确保理论概念能够无缝过渡到实际工程应用中，极大地提升了海洋结构设计的科学性和安全性。
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