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第1篇 结构设计原理 1

第1章 引言 1

1.1 结构设计原理 2

1.2 强度和疲劳分析 5

1.3 结构可靠性应用 10

1.4 风险评估 12

1.5 本书的编排 14

1.6 如何使用本书 15

1.7 参考文献 16

第2章 船用复合材料和结构 19

2.1 引言 20

2.2 复合材料在船舶上的应用 21

2.3 复合材料的结构 26

2.4 材料特性 30

2.5 船用复合材料未来面临的主要挑战 35

2.6 参考文献 36

第3章 绿色船舶的概念 39

3.1 概述 40

3.2 排放 40

3.3 压载水处理 46

3.4 水下涂层 48

3.5 参考文献 49

第4章 液化天然气船的概念 51

4.1 概述 52

4.2 发展过程 52

4.3 典型货运周期 54

4.4 液舱系统 56

4.5 液化天然气船的结构设计 62

4.6 参考文献 72

第5章 船舶设计和船级中的波浪载荷 75

5.1 引言 76

5.2 海浪和波浪统计 76

5.3 船舶对随机波浪的响应 83

5.4 针对船级的船舶设计 89

5.5 参考文献 92

第6章 离岸结构的风载荷 97

6.1 筒介 98

6.2 设计所用的船级规范 99

6.3 船舶和平台的风载荷研究 111

6.4 参考文献 117

第7章 离岸结构的载荷和动态响应 121

7.1 概述 122

7.2 环境条件 122

7.3 环境载荷和浮式结构动力学 128

7.4 结构响应分析 131

7.5 极限值 137

7.6 结束语 149

7.7 参考文献 150

7.8 附录A：梁的弹性振动 152

第8章 基于规范确定船体材料尺寸 155

8.1 概述 156

8.2 船舶稳性和强度的基本概念 157

8.3 针对纵向强度的初始船材尺寸标准 161

8.4 针对横向强度的初始船材尺寸标准 164

8.5 针对局部强度的初始船材尺寸标准 165

8.6 参考文献 173

第9章 基于分析进行船体尺寸设计 175

9.1 概述 176

9.2 设计载荷 176

9.3 有限元法强度分析 178

9.4 疲劳损伤评估 183

9.5 参考文献 184

第10章 海洋岩土工程 187

10.1 简介 188

10.2 海底土壤勘查 189

10.3 深水基础 194

10.4 参考文献 200

第11章 离岸结构分析 203

11.1 简介 204

11.2 项目规划 208

11.3 有限元分析的使用 211

11.4 设计载荷和加载 219

11.5 结构建模 221

11.6 参考文献 232

第12章 北极海洋技术的发展 235

12.1 历史背景 236

12.2 研究动机 238

12.3 寒冷地区工业设施的发展情况 239

12.4 北极海洋技术发展计划 243

12.5 主要成果 246

12.6 结论 249

12.7 参考文献 249

第13章 离岸结构的极限状态设计 253

13.1 极限状态设计 254

13.2 最大极限状态设计 255

13.3 疲劳极限状态设计 261

13.4 参考文献 265

第14章 船舶振动和噪声控制 267

14.1 概述 268

14.2 船舶振动的基本梁理论 269

14.3 稳态船舶振动的梁理论 270

14.4 船体振动阻尼 271

14.5 振动和噪声控制 272

14.6 振动分析 276

14.7 参考文献 281

第2篇 极限强度 283

第15章 柱和梁-柱的屈曲/破坏 283

15.1 柱的屈曲行为和极限强度 284

15.2 梁-柱的屈曲行为和极限强度 288

15.3 梁-柱的塑性设计 293

15.4 实例 296

15.5 参考文献 299

第16章 管状构件的屈曲和局部屈曲 301

16.1 简介 302

16.2 实验 303

16.3 分析理论 314

16.4 计算结果 333

16.5 结论 340

16.6 实例 341

16.7 参考文献 342

第17章 板和加筋板的极限强度 345

17.1 简介 346

17.2 组合载荷 353

17.3 板的屈曲强度 355

17.4 非加筋板的极限强度 356

17.5 加筋板格的极限强度 358

17.6 参考文献 360

第18章 圆柱壳的极限强度 363

18.1 引言 364

18.2 非加筋圆柱壳的弹性屈曲 366

18.3 环向加筋壳的屈曲 370

18.4 纵向和环向加筋壳的屈曲 374

18.5 参考文献 377

第19章 非线性有限元分析理论 379

19.1 概述 380

19.2 大位移弹性梁柱 381

19.3 塑性节点法 383

19.4 转换矩阵 390

19.5 附录A：基于应力的塑性本构方程 392

19.6 附录B：变形矩阵 404

19.7 参考文献 404

第20章 船体破坏分析 407

20.1 引言 408

20.2 基于塑性节点法的船体结构分析 409

20.3 船体梁极限强度分析方程 419

20.4 得到改进并虑及腐蚀和疲劳缺陷的史密斯方法 424

20.5 船体梁强度方程和史密斯方法的比较 429

20.6 建议塑性节点法的数值实例 432

20.7 结论 440

20.8 参考文献 441

第21章 撞击载荷下的海洋结构 445

21.1 概述 446

21.2 有限元公式 447

21.3 碰撞力学 450

21.4 实例 453

21.5 结论 464

21.6 参考文献 464

第22章 地震载荷作用下的离岸结构 467

22.1 概述 468

22.2 基于API RP 2A的地震设计 469

22.3 方程和运动 470

22.4 数值实例 472

22.5 结论 477

22.6 参考文献 478

第23章 船舶碰撞和搁浅 481

23.1 简介 482

23.2 船舶碰撞和搁浅的力学原理 483

23.3 船舶碰撞研究 484

23.4 船舶搁浅研究 489

23.5 针对碰撞和搁浅的设计 493

23.6 参考文献 495

第3篇 疲劳和断裂 497

第24章 疲劳和断裂机制 497

24.1 引言 498

24.2 疲劳概述 498

24.3 应力可控疲劳 499

24.4 变幅加载的累积损伤 501

24.5 应变可控疲劳 502

24.6 疲劳分析中的断裂力学 505

24.7 实例 506

24.8 参考文献 508

第25章 疲劳承载力 511

25.1 S-N曲线 512

25.2 应力范围估算 520

25.3 应力集中系数 523

25.4 实例 527

25.5 参考文献 528

第26章 疲劳加载和应力 533

26.1 引言 534

26.2 远洋船的疲劳加载 535

26.3 疲劳应力 537

26.4 使用散布图确定疲劳加载 541

26.5 疲劳载荷组合 543

26.6 实例 545

26.7 结束语 550

26.8 参考文献 550

第27章 简化疲劳评估 553

27.1 引言 554

27.2 确定性疲劳分析 555

27.3 简化疲劳评估 556

27.4 双线性S-N曲线的简化疲劳评估 558

27.5 许用应力范围 559

27.6 切口周围连接的设计标准 559

27.7 实例 562

27.8 参考文献 563

第28章 谱疲劳分析和设计 565

28.1 简介 566

28.2 谱疲劳分析 567

28.3 时域疲劳评估 570

28.4 结构分析 573

28.5 疲劳分析和设计 576

28.6 与船级社的关系 584

28.7 参考文献 585

第29章 断裂力学的应用 587

29.1 简介 588

29.2 层次1：CTOD设计曲线 589

29.3 层次2：CEGB R6图 591

29.4 层次3：失效评估图（FAD） 593

29.5 基于断裂力学的疲劳损伤估算 594

29.6 基于断裂力学的疲劳强度评估与基于S-N曲线的疲劳强度评估的对比 596

29.7 实例 597

29.8 参考文献 598

第30章 材料选择和损伤容限标准 601

30.1 简介 602

30.2 材料选择和断裂预防 602

30.3 焊接改进和修补 605

30.4 损伤容限标准 608

30.5 无损检测 610

30.6 参考文献 611

第4篇 结构可靠性 613

第31章 结构可靠性基础 613

31.1 简介 614

31.2 不确定性和不确定性建模 614

31.3 基本概念 616

31.4 构件可靠性 622

31.5 系统可靠性分析 623

31.6 统计载荷的组合 624

31.7 时变可靠性 627

31.8 可靠性更新 628

31.9 目标概率 629

31.10 可靠性计算的软件 630

31.11 数值实例 631

31.12 参考文献 635

第32章 采用不确定性理论进行结构可靠性分析 637

32.1 简介 638

32.2 基本概念 639

32.3 结构可靠性 642

32.4 数值实例 644

32.5 结论 647

32.6 参考文献 648

第33章 随机变量和不确定分析 651

33.1 简介 652

33.2 随机变量 652

33.3 不确定性分析 656

33.4 船舶结构设计中的不确定性 659

33.5 参考文献 662

第34章 船舶结构可靠性 663

34.1 概述 664

34.2 船体梁可靠性的闭式方法 665

34.3 荷载效应和荷载组合 667

34.4 船舶结构可靠性分析的步骤 669

34.5 浮式生产储卸装置船体梁的时变可靠性评估 672

34.6 参考文献 681

第35章 基于可靠性的设计和规范修正 685

35.1 概述 686

35.2 基本设计原理 686

35.3 基于可靠性的设计 691

35.4 基于可靠性的规范修正 693

35.5 管状结构的数值实例 696

35.6 浮式生产储卸装置船体梁失效的数值实例 703

35.7 半潜式平台板的载荷抗力系数设计实例 706

35.8 参考文献 713

第36章 疲劳可靠性 715

36.1 简介 716

36.2 疲劳应力模型的不确定性 717

36.3 疲劳可靠性模型 719

36.4 S-N方法修正断裂力学模型 725

36.5 疲劳可靠性的应用—疲劳安全性检查 726

36.6 数值实例 727

36.7 参考文献 734

第37章 基于概率和风险的检查计划 737

37.1 简介 738

37.2 基于风险的检查计划概念 738

37.3 基于概率的检查计划的可靠性更新理论 741

37.4 基于风险检查的实例 744

37.5 基于风险的最优化检查 748

37.6 参考文献 754

第5篇 风险评估 757

第38章 风险评估方法 757

38.1 简介 758

38.2 风险估计 764

38.3 风险接受准则 767

38.4 利用风险评估确定性能标准 770

38.5 参考文献 772

第39章 基于风险的决策 775

39.1 基本概率概念 777

39.2 基于风险的决策过程 779

39.3 基于风险的决策（RBDM）过程的实际应用详细案例 781

39.4 参考文献 786

第40章 风险评估应用于离岸结构 787

40.1 简介 788

40.2 碰撞风险 789

40.3 爆炸风险 793

40.4 火灾风险 798

40.5 坠落物体 802

40.6 案例研究——浮式生产系统的风险评估 805

40.7 环境影响评估 813

40.8 参考文献 814

第41章 综合安全评估应用于航运业 817

41.1 简介 818

41.2 综合安全评估概述 819

41.3 综合安全评估的功能模块 821

41.4 综合安全评估的人员和组织因素 829

41.5 船舶燃油系统的应用实例 830

41.6 航运中使用综合安全评估的问题 830

41.7 参考文献 831

第42章 油田开发的经济风险评估 833

42.1 简介 834

42.2 决策标准和极限状态函数 837

42.3 经济风险建模 838

42.4 结果评估 842

42.5 参考文献 844

第43章 人因可靠性评估 847

43.1 引言 848

43.2 人为错误识别 849

43.3 人为错误分析 852

43.4 减少人为错误 853

43.5 工效学应用于海洋系统设计 854

43.6 质量保证和质量控制（QA/QC） 855

43.7 离岸结构的人为因素和组织因素 856

43.8 参考文献 858

第44章 以风险为中心的维护 861

44.1 引言 862

44.2 初步风险分析（PRA） 865

44.3 RCM过程 867

44.4 参考文献 876

第6篇 固定平台和FPSO 877

第45章 离岸结构物的结构再评估 877

45.1 概述 878

45.2 腐蚀模型和裂纹缺陷分析 878

45.3 船体构件的残余极限强度 882

45.4 存在裂纹和腐蚀损伤的船体结构的残余极限强度 891

45.5 参考文献 898

第46章 离岸导管架平台的时变可靠性评估 899

46.1 简介 900

46.2 导管架平台的时变可靠性模型 901

46.3 导管架平台承载力概率模型 905

46.4 导管架平台载荷效应的概率模型 911

46.5 时变可靠性评估 913

46.6 结论 921

46.7 参考文献 921

第47章 导管架结构的再评估 925

47.1 概述 926

47.2 建模 927

47.3 推覆分析 931

47.4 导管架结构的腐蚀影响 934

47.5 腐蚀影响的比较 936

47.6 结论 938

47.7 参考文献 938

第48章 FPSO的风险和可靠性应用 941

48.1 概述 942

48.2 基于风险的船级分类 943

48.3 基于风险的检查 945

48.4 基于风险的检验 953

48.5 参考文献 957

第49章 FPSO爆炸和火灾响应分析 959

49.1 概述 960

49.2 事故原因分析 961

49.3 第一阶段：识别危险源 963

49.4 第二阶段：风险评估和管理 966

49.5 第三阶段：风险抑制项目 971

49.6 参考文献 973

第50章 FPSO的资产完整性管理系统 975

50.1 概述 976

50.2 RBM的基本理论 976

50.3 基于风险的检查（RBI） 978

50.4 安全完整性水平评估（SIL） 984

50.5 以可靠性为中心的维护（RCM） 987

50.6 工程项目 989

50.7 参考文献 993