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第1章 波动方程1

1.1流体力学基本方程1

1.1.1连续方程1

1.1.2运动方程2

1.1.3理想流体非定常无旋运动的拉格朗日积分3

1.2波浪运动基本方程及定解条件5

1.2.1势波理论5

1.2.2基本方程与定解条件6

第2章 线性波理论10

2.1常深度小振幅波理论10

2.1.1边界条件的简化11

2.1.2基本方程的解13

2.2线性波的特性14

2.2.1波面方程14

2.2.2弥散关系15

2.2.3水质点的速度和加速度16

2.2.4水质点的运动轨迹17

2.2.5波动压强19

2.2.6波动能量20

2.3线性波的两种极限情况24

2.3.1深水波25

2.3.2浅水波27

2.3.3三种波浪的汇总28

2.4波浪的叠加29

2.4.1驻波29

2.4.2波群33

2.5平面斜向波35

第3章 非线性波浪理论37

3.1斯托克斯波浪理论37

3.1.1控制方程及基本求解理论38

3.1.2斯托克斯二阶波40

3.1.3斯托克斯三阶波48

3.1.4斯托克斯五阶波49

3.1.5 Stokes五阶波中超越方程的求解51

3.2流函数波浪理论54

3.3椭圆余弦波56

3.3.1椭圆余弦波的主要结果57

3.3.2椭圆余弦波的极限情况60

3.4孤立波61

3.5波浪理论的适用性63

第4章 波浪的传播与变形66

4.1波浪在深水中的弥散与传播66

4.2波浪的浅水效应68

4.2.1波浪守恒68

4.2.2波浪浅水变形69

4.2.3波浪的折射71

4.3波浪的反射76

4.4波浪的绕射77

4.5波浪的破碎79

4.5.1波浪破碎原因79

4.5.2破碎波类型79

4.6复杂地形情况下的波浪传播与变形数值计算81

4.6.1 Boussinesq类方程81

4.6.2缓坡方程81

4.6.3谱模型82

4.6.4非线性浅水方程模型82

4.6.5模型比较分析与应用范围推荐82

4.6.6应用案例介绍与分析83

第5章 随机波浪理论88

5.1海浪的观测与描述88

5.1.1海浪是随机过程88

5.1.2随机变量及其统计特征90

5.2随机海浪的统计特征94

5.2.1波要素及特征波定义94

5.2.2波高分布96

5.2.3最大波高分布102

5.2.4周期分布104

5.2.5波高与周期联合分布107

5.3随机波浪的谱特性107

5.3.1波浪谱108

5.3.2常见的波浪频谱113

5.3.3方向谱118

5.3.4谱与海浪要素的关系120

5.4随机波浪的数值模拟121

5.4.1二维不规则波的数值模拟121

5.4.2三维波面的数值模拟124

5.5海浪的长期统计分布规律125

5.5.1波浪散布图125

5.5.2年极值波高的长期分布126

5.5.3重现期127

5.5.4设计波浪要素128

5.5.5遭遇概率128

第6章 作用在小尺度结构物上的波浪力130

6.1概述130

6.2海流中的圆柱体132

6.2.1势流理论132

6.2.2粗糙圆柱体137

6.2.3倾斜圆柱体137

6.2.4绕流升力137

6.3作用在直立柱体上的波浪力139

6.3.1莫里森方程139

6.3.2作用在单柱体上的波浪力141

6.3.3线性波作用下直立圆柱体上的波浪力142

6.3.4单柱体上的横向力145

6.3.5群柱体上的波浪力147

6.4水动力系数151

6.4.1水动力系数的确定方法151

6.4.2影响因素153

6.4.3规范建议值156

6.5莫里森公式的修正157

6.5.1倾斜柱体上的波浪力157

6.5.2海底管道上的作用力159

6.5.3自由液面影响161

6.6波流共同作用下的波浪力计算162

6.6.1水流对波浪运动特性的影响162

6.6.2波浪力的计算165

6.7随机波浪力的计算165

6.7.1特征波法166

6.7.2谱分析法166

第7章 作用在大尺度结构物上的波浪力175

7.1绕射理论175

7.1.1绕射理论基本概念175

7.1.2线性绕射问题的控制方程176

7.1.3线性绕射波浪力177

7.1.4绕射系数178

7.2大直径直立圆柱体波浪力分析178

7.2.1控制方程及速度势的求解179

7.2.2大直径柱体上的线性波浪力181

7.3任意形状三维结构物上的波浪力184

7.3.1格林函数G（x，y，z；ξ，η，ζ）185

7.3.2源强度函数f（ξ，η，ζ）的确定186

7.3.3 Fredholm积分方程的数值解187

7.3.4波浪力的计算188

7.4大尺度水下潜体上的波浪力188

7.4.1弗汝德-克雷洛夫假定法189

7.4.2长方潜体上的波浪力190

7.4.3直立圆柱潜体上的波浪力192

7.4.4水平圆柱潜体上的波浪力195

7.4.5水平半圆柱潜体上的波浪力196

7.4.6半球潜体上的波浪力197

7.5固定物体上的二阶波浪力199

7.5.1二阶绕射问题控制方程200

7.5.2作用在结构物上的波浪力201

7.5.3二阶波浪力203

7.6作用在大型浮体上的波浪力204

7.6.1坐标系205

7.6.2线性势流理论205

7.6.3波浪作用力207

7.6.4波浪力作用下浮体结构运动方程209

附录211

附录A泰勒级数211

附录B三角函数211

附录C双曲函数212

附录D雅可比椭圆函数213

附录E贝塞尔函数214

附录F Matlab函数214

参考文献219