本书是船舶海洋工程的经典教材，理论体系完整性系统性、难度深度安排循序渐进，非常适合船海工程专业学生学习参考。全书共12章，内容涵盖船舶运动的力学和数学基础、船舶在波浪上的运动问题的求解方法及其相关的研究进展，重点研究了船舶微幅摇荡的辐射问题、绕射问题、切片理论、船舶在波浪上运动的时域计算等关键问题。本书可作为船舶与海洋工程专业教材，也可供船舶与海洋工程专业和相关专业的研究技术人员阅读参考。
【作者简介】
朱仁传，船舶工程专业硕士，海洋工程专业博士，博导，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院教授。长期致力于波浪中船舶与海洋工程结构物运动与载荷的时域模拟与计算、船舶与海洋工程非线性水动力学、深海系泊系统与多体干扰、海上安装施工中水动力学问题等多个领域的研究。多次获得*优秀青年教师资助、上海交通大学青年教师资助项目，承担国家自然科学基金项目和国家自然科学基金重点项目，国家“863计划”专题研究项目，参与中海油合作海上安装水下安装、工信部LNG船项，参与完成了多项海军预研课题。
缪国平，教授，博士生导师，上海交通大学船舶与海洋工程学院院长。长期从事水波动力学与水动力噪声方面的科研和教学工作。1993年获国务院政府特殊津贴，2001年被评为“全国优秀博士论文”指导教师。承担过国防科工委、国家自然科学基金等20余项研究课题。发表论文150余篇，专著4本。
【目录】
第１章
船舶在波浪上运动理论概述…………………………………………………………… １
1.1 船舶在波浪上运动的若干总体概念………………………………………………… １
1.2 船舶运动理论研究…………………………………………………………………… ４
第２章
数学基础与几个预备公式…………………………………………………………… １１
2.1 波浪与物体相互作用的初边值问题………………………………………………… １１
2.1.1 均匀、不可压缩理想流体的无旋运动……………………………………… １１
2.1.2 拉普拉斯方程解的*性…………………………………………………… １３
2.1.3 边界条件和初始条件的初步考察…………………………………………… １４
2.2 格林函数法…………………………………………………………………………… １９
2.2.1 格林公式……………………………………………………………………… １９
2.2.2 单层势与双层势……………………………………………………………… ２３
2.2.3 边界积分方程法……………………………………………………………… ２４
2.3 摄动理论……………………………………………………………………………… ２５
2.4 斯托克斯公式及其推广……………………………………………………………… ２８
2.5 驻相法………………………………………………………………………………… ３０
第３章
水波理论基础………………………………………………………………………… ３３
3.1 水波的种类…………………………………………………………………………… ３３
3.2 线性波浪定解问题的分离变量求解………………………………………………… ３４
3.3 平面前进波、波浪的基本性质……………………………………………………… ３６
3.4 波浪能量与波能传递………………………………………………………………… ４２
3.5 高阶波浪……………………………………………………………………………… ４６
第４章
船舶运动流体动力问题的一般提法………………………………………………… ５６
4.1 坐标系选取和运动量的描述………………………………………………………… ５７
4.2 角速度与欧拉角的关系……………………………………………………………… ６０
4.3 自由面条件的摄动展开……………………………………………………………… ６４
4.4 物面条件的摄动展开………………………………………………………………… ６７
4.5 线性速度势的分解…………………………………………………………………… ７５
附录 速度势的变换……………………………………………………………………… ７９
第５章
船舶微幅摇荡的辐射问题…………………………………………………………… ８１
5.1 无航速船舶简谐振荡时产生的速度势……………………………………………… ８１
5.2 无航速船舶辐射势的格林函数解法………………………………………………… ８４
5.2.1 规范化辐射势的格林函数解法……………………………………………… ８４
5.2.2 三维脉动点源速度势………………………………………………………… ８６
5.3 附加质量阻尼系数…………………………………………………………………… ９４
5.4 航行船舶辐射问题…………………………………………………………………… ９９
5.5 有航速船舶辐射势的格林函数解法……………………………………………… １０４
5.5.1 有航速辐射规范化速度势的格林函数解法……………………………… １０４
5.5.2 移动脉动源格林函数……………………………………………………… １０７
5.5.3 移动脉动源的波形………………………………………………………… １１４
5.6 辐射问题的求解与数值算例……………………………………………………… １１８
5.6.1 方程离散…………………………………………………………………… １１８
5.6.2 格林函数的处理…………………………………………………………… １１９
5.6.3 数值算例…………………………………………………………………… １２４
附录 距离倒数的傅里叶重积分表达式………………………………………………… １３０
第６章
绕射问题和波浪力…………………………………………………………………… １３２
6.1 遭遇频率和自然频率……………………………………………………………… １３２
6.2 绕射问题的数学提法……………………………………………………………… １３５
6.3 波浪力的表达……………………………………………………………………… １３７
6.4 波浪力的数值结果………………………………………………………………… １４１
第７章
船体在波浪上的运动………………………………………………………………… １４４
7.1 船体运动方程的一般描述………………………………………………………… １４４
7.2 流体作用力………………………………………………………………………… １４７
7.2.1 流体动力…………………………………………………………………… １４８
7.2.2 流体静恢复力……………………………………………………………… １５０
7.3 船体线性运动方程………………………………………………………………… １５３
7.4 参考坐标系下船体运动方程……………………………………………………… １５４
第８章
切片理论……………………………………………………………………………… １６０
8.1 附加质量和阻尼系数的表达……………………………………………………… １６１
8.2 波浪力的计算……………………………………………………………………… １６６
8.3 二维辐射势的求解………………………………………………………………… １６９
8.4 切片法结果与实验及三维理论的比较…………………………………………… １７５
第９章
随机波浪中船体运动………………………………………………………………… １７９
9.1 不规则波的表达…………………………………………………………………… １７９
9.2 随机过程谱分析…………………………………………………………………… １８０
9.3 海浪谱密度的表达式……………………………………………………………… １８４
9.4 线性系统及其响应关系…………………………………………………………… １８６
第１０章
船舶在波浪上运动的时域计算…………………………………………………… １９１
10.1 时域问题的提法和格林函数解…………………………………………………… １９２
10.2 时域格林函数……………………………………………………………………… １９７
10.3 无航速问题的求解………………………………………………………………… ２００
10.3.1 辐射问题的线性时域解………………………………………………… ２００
10.3.2 绕射问题的线性时域解………………………………………………… ２０４
10.3.3 船体的流体作用力与时域运动方程…………………………………… ２０７
10.4 间接时域法………………………………………………………………………… ２０９
10.4.1 辐射力的频时域转换与时延函数……………………………………… ２０９
10.4.2 波浪力的频时域转换…………………………………………………… ２１０
10.5 有航速问题的求解………………………………………………………………… ２１１
10.6 物体大振幅运动的线性理论……………………………………………………… ２１５
10.7 简单格林函数法…………………………………………………………………… ２１７
10.8 混合格林函数法…………………………………………………………………… ２１９
10.8.1 流域的划分及混合混合格林函数法…………………………………… ２１９
10.8.2 辐射脉冲分解与数值离散求解………………………………………… ２２１
10.8.3 绕射势的求解…………………………………………………………… ２２４
10.9 一些数值计算与结果……………………………………………………………… ２２５
10.9.1 时域格林函数的数值处理……………………………………………… ２２５
10.9.2 时延函数………………………………………………………………… ２２７
10.9.3 混合格林函数法与时域运动计算……………………………………… ２２９
附录 变化率公式………………………………………………………………………… ２３２
第１１章
船舶运动的综合分析……………………………………………………………… ２３３
11.1 高速船运动的二维半理论………………………………………………………… ２３３
11.2 横摇阻尼的非线性与横摇运动微分方程………………………………………… ２３５
11.2.1 横摇阻尼………………………………………………………………… ２３５
11.2.2 横摇阻尼的模型试验与经验公式……………………………………… ２３６
11.3 回复力的非线性与参数横摇……………………………………………………… ２３９
11.3.1 参数横摇的研究进展…………………………………………………… ２３９
11.3.2 参数横摇的多水平预报方法…………………………………………… ２４０
11.4 多浮体间的水动力相互作用……………………………………………………… ２４２
11.4.1 多浮体水动力相互作用问题…………………………………………… ２４３
11.4.2 作用在浮体上的流体动力……………………………………………… ２４４
11.4.3 相邻两浮体在波浪中耦合运动的时域方程…………………………… ２４４
第１２章
二阶波浪力理论计算与波阻增加………………………………………………… ２４８
12.1 二阶力的压力积分法（近场法）…………………………………………………… ２５０
12.2 不规则波的二阶力问题…………………………………………………………… ２５７
12.3 二阶速度势的定解问题…………………………………………………………… ２５９
12.4 波群的诱导长波…………………………………………………………………… ２６４
12.5 远场积分法………………………………………………………………………… ２６７
12.6 波浪中航行船舶的阻力增加……………………………………………………… ２７２
12.6.1 经典的波浪增阻计算方法……………………………………………… ２７４
12.6.2 三维散射能量…………………………………………………………… ２７６
12.6.3 短波增阻………………………………………………………………… ２７９
参考文献……………………………………………………………………………………… ２８１
索引…………………………………………………………………………………………… ２９７
【前言】
船舶在波浪上的运动问题，是船舶适航性、耐波性的基础，一直以来备受关注，随着频谱技术和高性能计算技术越来越成熟，关于船舶在波浪上的运动理论也得到了迅速发展，各种理论方法和计算方法开始成功地应用于船舶运动问题的研究分析，如切片理论与高速细长体理论、三维频域理论、三维时域理论、非线性理论等。当前，应用快速的势流理论计算方法预估某一船舶在指定海况中的运动特征，在船舶设计方案比较阶段用理论手段对其耐波性能进行比较和选择，已经成为船舶设计流程中的常规环节。此外，随着工程上对船舶运动性能预测的要求日益增高，必将促进船舶在波浪上运动理论研究进一步发展。
为结合上述发展趋势，编者及所在研究室持续围绕船舶在波浪上运动所涉及的理论问题进行了积极的探索和研究，将其中的基本原理与相关的新应用发展。《船舶在波浪上的运动理论》（刘应中，缪国平编）一书注重理论系统，物理诠释细致，利于学习，出版发行30年来极大地促进了我国船舶海洋工程领域学者和工程人员理论素质的提高。本书保留了其易于学习的特点，并全面增补了覆盖海洋工程的理论研究和计算方面的*进展。
全书共12章。第1、2章介绍基础知识，包括船舶运动的若干总体概念与理论研究进展和必要的基础知识：数学和流体力学基础理论、格林函数法、必要的数学预备公式。第3章介绍波浪理论知识，介绍水波的分类等基础知识，给出了分离变量法推导一阶波浪速度势等。第4章介绍了引入参考坐标系来研究船舶在波浪上运动时的流体动力学问题。第5章和第6章在三维频域的意义上阐述了船舶运动时所受流体作用力的计算方法及其物理意义。第7章主要讨论建立了船舶在波浪上运动的频域方程。第8章中引入了细长体假定，在三维理论的基础上顺理成章地导出了广泛应用的切片法。第9章主要介绍了随机波浪中船体运动响应，是第7章和第8章船体频域运动结果在不规则波上的预报应用。第10章介绍了船舶运动的时域理论和计算。第11章主要介绍了船舶运动方程及其理论的进一步应用拓展。第12章探讨了二阶非线性波浪力问题和当前研究较多的波浪中阻力增加问题。
新书将编者及所在研究室在格林函数法及其在水动力计算理论和应用方面取得的新进展尽可能地考虑进来，加入了三维有航速频域、时域的理论和数值计算、多体水动力干扰、非线性阻尼和非线性回复力引起的非线性横摇、参数横摇，波浪中的阻力增加等。这些进展的取得离不开朱海荣、林兆伟、袁梦、黄昊、常永全、王迎晖、李成成、李裕龙、杨春蕾、唐恺、洪亮、陈曦、蒋银、周文俊、杨云涛、赵骥、高阳、黄山、汪小佳等研究生们的贡献，在文字输入和排版上在读研究生也给予了较多帮忙，在此表示诚挚的感谢。
在编写出版过程中，上海交通大学出版社编辑张潇同志从各方面提供了帮助，谨在此表示深切的谢意。
希望本书的出版能够为船舶和海洋工程专业的研究生提供船舶在波浪上运动方面具有一定深度的教材。此外，编者也希望本书能对从事理论研究和教学的研究人员、教师有一定的参考价值，并对相关专业工程技术人员和大学高年级学生提高理论修养有所裨益。
尽管在成书过程中，编者根据历年的教学和科研实践的经验，对内容、体系等作了认真的考虑和权衡，但限于学识，加上当前理论本身的不断发展和完善，书中存在的缺漏和不妥之处，恳请读者批评和指正。
