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第1章绪论1

1.1浮体和浮式多体系统的分类1

1.2浮体和浮式多体系统的受力特点和分析途径5

第2章刚体动力分析基础9

2.1刚体位移的运动学描述9

2.1.1刚体的平动位移和转动位移10

2.1.2坐标转换矩阵及其性质12

2.1.3刚体定点转动的欧拉定理13

2.1.4欧拉角和卡尔丹角14

2.1.5欧拉参数16

2.2刚体的角速度和刚体上点的运动17

2.2.1刚体的角速度17

2.2.2矢量对时间的导数19

2.2.3刚体上固结点和动点的运动21

2.3 刚体的质量几何23

2.3.1刚体的质心位置23

2.3.2转动惯量和惯性积23

2.3.3计算转动惯量和惯性积的常用方式26

2.4牛顿-欧拉动力学方程26

2.4.1刚体的动量和动量矩26

2.4.2质心运动定理和绕质心动量矩定理29

2.5刚体动力学普遍方程30

2.5.1完整约束和理想约束30

2.5.2达朗贝尔-拉格朗日原理32

2.5.3虚功率原理33

2.5.4第二类拉格朗日方程34

第3章流固耦合中的速度势问题39

3.1势流的基本方程和边界条件39

3.1.1势流基本方程39

3.1.2自由面边界条件和物面边界条件40

3.1.3水底边界条件和水面无限远处边界条件41

3.2自由面和物面边界条件的线性化43

3.2.1流场运动量的摄动展开43

3.2.2自由面边界条件的线性化44

3.2.3物面边界条件的线性化46

3.3线性速度势的分解51

3.3.1流场线性速度势的叠加关系51

3.3.2绕射势和辐射势的边界条件51

3.3.3空间速度势和规范化速度势53

3.4 规范化速度势求解和浮体水动力系数54

3.4.1速度势的域内积分方程和边界积分方程54

3.4.2间接边界元法边界积分方程56

3.4.3浮体的水动力系数56

3.5多浮体流场的速度势和水动力系数58

3.5.1多浮体流场速度势的分解58

3.5.2多浮体流场的辐射势59

3.5.3多浮体流场的水动力系数59

第4章浮体在波浪上的运动61

4.1波浪理论简介61

4.1.1微幅波的速度势和波形61

4.1.2有限振幅波的速度势和波形62

4.1.3不规则波及其统计特征值63

4.2波浪作用力和静水恢复力69

4.2.1弗劳德克雷洛夫力69

4.2.2绕射力计算和哈斯金特关系69

4.2.3静水恢复力（矩）71

4.3系泊约束力72

4.3.1悬链线方程72

4.3.2系留点位移与锚链力的关系74

4.3.3锚链系统的系泊约束力75

4.4浮体动力学方程77

4.4.1浮体动力学方程构建77

4.4.2频域分析形式的浮体动力学方程78

4.5浮体动力学方程的修正80

4.5.1有质心初始偏离时质量系数的修正80

4.5.2有质心初始偏离时静水恢复力系数的修正82

4.5.3有质心初始偏离时锚泊约束力系数的修正84

4.5.4有初始倾角时浮体动力学方程的修正86

第5章柔性浮体流固耦合分析87

5.1浮体模态分析法概述87

5.1.1干结构模态分析法简介87

5.1.2弹性浮体模态分析法的特点88

5.2弹性浮体的主坐标运动方程90

5.2.1弹性浮体结构离散化及其运动方程90

5.2.2弹性浮体的主坐标运动方程93

5.2.3弹性浮体刚体运动的主坐标运动方程93

5.3弹性浮体周围流场及流体压力96

5.3.1流场性质假定和坐标系定义96

5.3.2流场速度势的分解及定解问题99

5.3.3流体压力分析101

5.3.4广义流体力105

5.4线性水弹性问题和浮式平台水弹性响应108

5.4.1线性水弹性主坐标运动方程108

5.4.2浮式平台的水弹性响应计算109

5.5大型浮式平板的水弹性问题116

5.5.1浮式平板的水弹性主坐标运动方程116

5.5.2浮式平板主坐标的分解和求解途径119

5.5.3薄膜力对超大型浮体的水弹性响应贡献121

第6章CFD数值模拟浮体流固耦合问题125

6.1粘性不可压缩流体运动数学模型125

6.1.1纳维-斯托克斯方程126

6.1.2 RANS方程和湍流运动数学模型127

6.1.3离散控制方程的有限体积法130

6.1.4自由表面运动数学模型（VOF方程）131

6.2基于有限体积法的离散格式132

6.2.1空间域的离散化132

6.2.2控制方程的空间域离散格式134

6.2.3控制方程的时间域离散格式136

6.3压力修正算法和动边界问题137

6.3.1压力修正算法137

6.3.2自由表面运动的数值追踪138

6.3.3运动物面边界问题的ALE方法142

6.4 提高浮式平台水动力稳定性研究144

6.4.1 CFD商用软件简介144

6.4.2圆柱绕流数值模拟与理论和实验结果之比较146

6.4.3设置侧置水翼提高浮式平台水动力稳定性148

6.4.4 水翼影响浮式平台近场流动实验研究149

6.4.5水翼影响浮式平台近场流动CFD数值模拟153

第7章多浮体系统动力分析之凯恩方法155

7.1多体系统的力学要素和拓扑关系155

7.1.1多体系统的力学要素155

7.1.2沿分支依次编号法157

7.1.3坐标转换矩阵乘法传递关系158

7.1.4多体系统的通路矩阵和点位置矢量159

7.2广义速率和角速度、质心速度160

7.2.1凯恩方法中的广义速率定义160

7.2.2多体系统中物体的角速度162

7.2.3多体系统中物体的质心速度163

7.3偏速度和偏角速度163

7.3.1偏速度和偏角速度的定义式163

7.3.2偏速度和偏角速度的投影形式165

7.3.3物体的角加速度和质心加速度169

7.4广义惯性力和广义主动力170

7.4.1偏角速度和偏速度表达的物体惯性力170

7.4.2广义力的定义和物体的广义惯性力171

7.4.3广义主动力和无功力172

7.4.4摩擦力（矩）和驱动力（矩）的广义力173

7.4.5弹簧和阻尼内相互作用力系的广义力174

7.5凯恩方程及其浮式多体系统动力分析形式176

7.5.1由虚功率原理导出多体系统凯恩方程176

7.5.2多浮体系统中任一浮体所受的广义力178

7.5.3多浮体系统动力分析之凯恩方程182

第8章浮体和浮基多体系统时域动力分析185

8.1时域辐射势和时域格林函数方法185

8.1.1浮基多体系统时域分析的工程背景185

8.1.2速度势的分解和时域辐射势186

8.1.3时域格林函数法188

8.1.4三维无限水深流场的格林函数191

8.2时域规范化速度势191

8.2.1时域辐射势的分解191

8.2.2时域规范化辐射势积分方程192

8.2.3卡明斯函数194

8.3时域水动力系数和浮体时域动力学方程195

8.3.1时域水动力系数195

8.3.2时域哈斯金特关系197

8.3.3浮体时域动力学方程198

8.4浮基多体系统时域动力学方程198

8.4.1浮基多体系统之凯恩方法198

8.4.2表观重力和表观浮力199

8.4.3浮基多体系统运动学分析200

8.4.4浮基主动机构动力学分析202

8.4.5浮基非主动机构动力学分析204

8.5有移动重载荷的滚装船的动力响应研究205

8.5.1海浪中浮基上的滚装卸载过程研究205

8.5.2海浪中浮基上的重载单元侧翻过程研究207

8.5.3海浪中浮基上的重载单元自由滑移研究208

第9章浮式多体系统动力分析之齐次矩阵方法213

9.1运动学齐次矩阵及其坐标变换213

9.1.1齐次坐标和位置齐次矩阵213

9.1.2旋转平移齐次矩阵215

9.1.3速度齐次矩阵和加速度齐次矩阵217

9.1.4三个物体间的相对运动关系219

9.2动力学齐次矩阵和刚体动力学方程220

9.2.1力齐次矩阵220

9.2.2动量齐次矩阵220

9.2.3惯量齐次矩阵220

9.2.4齐次矩阵的坐标系变换222

9.2.5齐次矩阵刚体动力学方程222

9.3多体系统运动学分析的齐次矩阵方法223

9.3.1有根树系统物体的相对运动齐次矩阵224

9.3.2有根树系统物体的绝对运动齐次矩阵225

9.3.3有根树系统运动齐次矩阵求解流程227

9.4多体系统动力学分析的齐次矩阵方法228

9.4.1有根树系统动力学正问题228

9.4.2有回路的有根多体系统动力学正问题228

9.4.3多体系统动力学逆问题231

第10章带式浮桥和自行舟桥动力特性研究235

10.1移动载荷作用下带式浮桥动力特性研究235

10.1.1带式铰接式浮桥出现位移波堆积的机理235

10.1.2带式铰接式浮桥水动力系数的选取236

10.1.3齐次矩阵方法计算及与其他研究之比较237

10.2长浮桥在快速重载作用下的模型试验研究240

10.2.1试验模型和加载测试系统240

10.2.2位移波堆积与移动载荷速度振荡模型试验243

10.3 自行舟桥水上展开过程的动力特性研究247

10.3.1自行舟桥展开过程中各物体间的相对运动247

10.3.2自行舟桥在静水中展开的稳定性分析2447

10.3.3自行舟桥在波浪中展开的稳定性分析251

参考文献255