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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FPSO877

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