俞聿修、柳淑学编著的《随机波浪及其工程应用(第4版)》比较系统地论述了随机波浪的理论基础——随机过程、随机过程的谱分析、线性系统的分析和不规则波浪要素的统计分布，海浪谱的概念、表达式及其测量和估算方法，不规则波浪的数值模拟和物理模型试验，波浪的传播和变形以及不规则波浪对海岸工程、海洋工程的作用等。内容力求理论联系实际，在广泛介绍国外研究成果(包括21世纪初最新研究成果)的同时。着重介绍我国的研究成果。结合我国新版规范的内容，系统地论述了随机波浪在工程上的应用。, 《随机波浪及其工程应用(第4版)》可供从事港口工程、海岸工程、海洋工程、海洋水文以及船舶设计等专业的科技人员参考使用。也可供有关专业The professors academic works seriesof the Dalian University of TechnologyRandom Wave and Its applicationsto EngineeringYu yuxiuDalian university of Technology press本书由大连市人民政府大连理工大学研究生院资助出版大连理工大学学术著作出版基金The published book is sponsored byThe Dalian Municipal GovernmentThe graduate school of the dalian Universityof TechnologyandThe Publishing academic Works Foundationof the Dalian University of Technology前言波浪作用是海岸工程、海洋工程和船舶上的主要荷载。很久以前,人们就开始采用流体力学的方法研究波浪,建立了多种波浪理论。总的趋势是由线性理论向非线性理论发展,提岀了微幅波、斯笃克斯波、孤立波、椭余波和流函数波浪理论等等,并由低阶向高阶发展。但几乎所有这些理论都把波浪看做是一种理想的规则波动,其参数(波高、波长和周期)是固定不变的。这种理想化的波浪可称之为规则波。这些理论可用来解释波浪运动的不少重要现象基本概念和解决一些实际问题,至今仍然起着重大的作用。然而自然界中的海浪是一种非常复杂的物理现象。海浪是由风产生的,由于风速风向多变,海面附近的风场结构复杂,波面对风场还具有反作用,再加上波浪内部涡动、波面破碎等等因素,使得海浪成为种高度不规则的和不可重复的现象,实际上是一种不规刈波浪或随机波浪。大量事实证明,只有按不规则波(或随机波)来研究海浪,才能正确地描述海浪,才能把海岸工程、海洋工程等设计得更加安全、经济、合理。斯维尔特洛普( Sverdrup)和孟克(Munk)在第二次世界大战期间首先提出了有效波高的概念,并用于预报风浪,开创了不规则波研究的先河。50年代初,皮尔森( Pierson)最先把瑞斯(Rice)关于无线电噪声的理论应用于海浪,与纽曼( Neumann)等提出了能量谱(海浪谱)的概念,开用于海浪预报。从此利用谱以随机过程描述海浪逐步成为主要研究途径,并发展成方向谱。朗盖脱-赫金斯( Longuet- Higgins)研究了海浪的概率分布理论,提出了包括极值随机波浪及其工程应用在内的各波要素的概率预报方法。还有很多学者在这方面进行了大量的硏究,并用于工程实际。现在,随杌波浪(不规则波浪)理论已广泛地应用于海浪预报、船舶设计、海洋工程和海岸工程设计中。1979年,日本由运输省港湾局主编、港湾协会岀版的《港湾设施技术标准及编制说明》比较全面地引进了不规则波的概念,大幅度地采用了不规则波设计法。西方先进工业国家也多要求采用不规则波浪进行模型试验。我囻《港口工程技术规范》已确立了枳极稳妥地采用不规则波设计法的方针,并大力实施。1998年出版的交通部《海港水文规范》,大量地采用了不规则波浪的硏究成果。新修订的《波浪模型试验规程》乜已将不规则波试验作为主要的试验方法本书内容分四部分,第一部分是随机海浪的理论基础,包括随机过程、随机过程的谱分析、线性系统分析和不规则波浪要素统计分析等四章。笫二部分是海浪谱,介绍了海浪谱的基本概念、特性及其表达式,海浪谱的观测和分析方法(第五、六章)。第三部分为不规则波的模拟和波浪的传播与变形(第七、八章)。第四部分为不规则波对工程的作用(第九章)。全书比较系统地论述了随机海浪的理论基础及其实际应用。内容力求理论联系实际,在广泛介绍国外研究成果(包括90年代成果)的同时,着重论述我国的最新成果。较多地论述了笔者及其同事们的研究成果。在重点介绍不规则波方法的同时,对大家比较熟知的规则波方法,也作为考虑不规则波作用的代表波法加以介绍。还结合1998年版《海港水文规范》中的新内容,对波浪的传播和变形,波浪对工程的作用等做了比较详细的论述。由于随机波浪理论比较年轻,加上笔者水平有限,书中一定有不少不妥甚至错误之处,祈请批评指正俞聿修999年7月目录言第一章随机过程●··●看·●·。●●·■··bb看●·●·●■D。b●●●●●●D●●●●··。鲁D看●●●·看。b1.1随机过程的概念1.2随机过程的统计特征及其运算鲁鲁●●鲁■。鲁●。鲁鲁●鲁鲁·Db鲁鲁●自D1.3平稳随札过程1.4平稳随机过程的各态历经性…●●·●·●····b······b······131.5正态随机过程1.6随机函数的变换●●·●·●··●●●●●●···●D鲁●●●·●··鲁·●······b●●b●·参考文献∴………22第二章随机过程的谱分析···●●●●●····●b●●●·●●·bb·●●●·●····b●●·●●·232.1谱密度函数…∴…………232.2自相关函数●●D●鲁·●●●●●。●●●●●●···鲁D··●●·@●●D··●●●。●●●●●●●看262.3维纳一辛钦定理…∴……………272.4窄带谱和宽带谱随机过程●·····●··●●DD·●●··●·●●●·●●互谱密度函数…………………………………37参考文献…………………………44第三章线性系统分析3.1线性系统和非线性系统……453.2线性系统对输入特征的变换……………473.3线性系统对输入的反应…494输入谱、输出谱和互谱之间的关系……………543.5传递函数的确定方法…………58参考文献∴66随机波浪及其工程应用第四章不规则波浪要素的统计分布●●·····●●bD··●···●●b。··。·●4.1波浪要素和特征波的定义…●●。DD●●·······674.2波高的分布……………704.3最大波高的分布………784.4波亩极大值的分布…………………………834.5波浪周期的分布…884.6波高与周期的联合分布…944.7波群974.8海浪的非线性及其统计量的变动性鲁·。鲁··鲁自··bD鲁。鲁1134.9波浪的长期分布……121参考文献●···●●·●·●·●·●。b●··●·●·bDb●●····自·b●●●··●·●b·●●●·●··bb●●b垂128第五章海浪谱及其表达式∴……1315.1用谱描述波动海面●·bD鲁·●●●●·自●b●。●●●●···b●b●●·●··●bbb·b1315.2海浪频谱的一般形式与特征……1365.3无限风距的海浪谱●·b·●·●●·●··●b●●●●●··b●。b●●●···Db··b1395.4 JONSWAP谱和 Wallops谱…………………1485.5浅水风浪谱和涌浪谱……………………1535.6我国的海浪谱………………………1555.7海浪谱的无因次化……●·自●D●●·●●●·●D··●●···●DD·●●●1625.8方向谱………41655.9谱与海浪要素的关系………174参考文献……………………1176第六章海浪谱的估计………1796.1基本概念……1796.2由相关函数估计频谱6.3快速傅里叶变换算法估计谱1896.4最大熵法佔计谱………………1976.5方向谱的观测与分析……199目录参考文献●····。●········b●●··●·bD·●●·●·b●b·。··●●·●b·●······自·D····218第七章不规则波浪的模拟…………2217.1概述·鲁●··●·●··。D●●·····D●●··●·b·b●。自·●●·●b●。·●自····D●··2217.2不规则波浪的数值模拟——模拟频谱……2217.3不规则波浪的数值模拟——模拟波列…………2307.4波群的模拟2327.5不规则波的物理模拟p●·●鲁●D。b●。●●●●●·。b●●●●·。DD·●●●2407.6多向不规则波的模拟2507.7非线性波浪的模拟●自自b鲁··自●自鲁。·b鲁····●鲁·。鲁·●鲁自bD鲁鲁259参考文献……267第八章波浪的传播与变形●●·●·bD●·●··●···b●●··●●·●鲁●··●●●···b●·2698.1概述●●●∴…………2698.2波浪的浅水效应●●·●··b鲁··●·●··b●●b●·●··b●●●·●●···b·●b2718.3波浪折射………2738.4波浪绕射●·●··●D鲁·●●·●·bD●●●·●●●·b●b●●●●●●·●b●。●●●●··b●Db·●b2768.5波浪反射………2938.6波浪破碎●·●··●D鲁●●●··●bb鲁●●●···●··●·●●··●··●鲁●·····D●●●●●301参考文献…………………………………………308第九章不规则波浪对工程的作用●··●·b●●●鲁●●··●D·●●●···●DD●●●3129.1概述9.2波浪与直墙堤的相互作用——代表波法………3139.3波浪对斜坡式建筑物的作用………………3329.4波浪爬高及越浪3359.5单个小尺度桩柱上的波浪力3489.6作用于群桩上的波浪力………………3829.7大直径墩柱上的不规则波浪力参考文献4036随机波浪及其工程应用附录●··●·自··●··●····。●········。··●··●·bD·●●·●·b●b·。··●·●●D·······自·D···408附表1波长计算表…····.·。····.·······408附表2波长、波速计算表……………410