模型实验是冰与结构相互作用研究的重要手段，不同的冰–水池实验室和冰压痕试验中采用的模型冰（包括盐水冰、尿素冰和EG/AD/S冰等）存在差异，研究不同模型冰的力学特征对开展模型实验至关重要。本文通过在低温实验室中制备上述三种模型冰，开展单轴压缩试验，对比分析了不同应变速率下模型冰宏观破坏特征，基于DIC （Digital Image Correlation）技术，详细分析模型冰全场应变和裂纹的发展过程，最后分析模型冰力学性能的差异。结果表明：盐水冰与海冰破坏行为最相似，尿素冰高应变速率下具有分层破坏现象，EG/AD/S模型冰更多地表现为韧性破坏特征，三种模型冰具有不同的裂纹扩展特征，盐水冰和尿素冰与海冰具有相近的韧性与脆性破坏区间。

单点系泊系统中，主轴承作为承受系泊力的关键部件，其在实际工况下的承载性能研究具有重要意义。但目前针对该类轴承的研究较少，现有研究也未考虑到其实际系泊受力形式和安装结构的影响。为此，本文以软刚臂式单点系泊系统为研究对象，提出了考虑系泊受力以及安装结构的单点系泊主轴承整体有限元等效建模方法，为了避免大量的非线性接触，该方法利用非线性弹簧和梁单元对滚动体及螺栓进行等效处理。在验证整体模型准确性后，将其与载荷等效后的传统模型进行对比，并分析了上部载荷、螺栓预紧力以及摩擦系数对主轴承承载性能的影响。最后，基于整体与传统模型所得到的滚子最大载荷，建立了局部接触模型，进而计算主轴承安全系数。结果表明：整体等效模型更能准确反映主轴承的受力与变形特性；整体模型的位移及螺栓位移随着预紧力以及摩擦系数增大而减小，而接触压力呈增大趋势；计算得到整体模型下的主轴承安全系数为1.43，明显小于传统模型所得安全系数2.51，由此可见，传统模型会高估主轴承的承载能力，而整体模型能对主轴承的承载能力进行准确评估，从而为该类轴承的设计提供更为准确的依据。

热塑性复合材料管（Thermoplastic Composite Pipes, TCP）结构在海洋结构物中得到了广泛的应用，本文建立残差注意力布朗协方差神经网络进行TCP复合材料层间脱层的损伤识别研究。首先，通过有限元方法计算多组具有单损伤、多损伤和不同损伤程度的热塑性复合材料管的曲率模态；然后，讨论热塑性复合材料管脱层损伤识别方法；最后，将曲率模态作为输入参数，构建残差注意力布朗协方差网络模型，对热塑性复合材料管脱层损伤位置和损伤程度进行识别。结果表明，本文提出的基于残差注意力布朗协方差网络的管道损伤识别模型能够识别损伤位置和大小。对损伤位置的识别准确度为100%，损伤程度识别误差低于6%，研究结果可为海洋工程结构物无损检测提供参考。

低速偏斜下的大长径比水润滑径向轴承常出现异常磨损和摩擦振动，严重影响舰船可靠性和隐身能力。然而，关于全尺寸水润滑径向轴承性能测试的相关研究较少，其在不同服役状态下动力学行为演化机制尚待探究。本研究基于全尺寸推进轴系试验台，设计并构建了一套水润滑径向轴承分布式测试系统，开展了全尺寸水润滑径向轴承磨合试验、速度特性试验和标高特性试验。从摩擦学特性与润滑状态分区的角度，本文揭示了不同工况下轴承各润滑子区域的动力学行为变化规律。研究结果表明：转速提升会使轴颈挠曲程度增大，促使水膜压力峰值向自由端润滑子区迁移；而中间轴承标高改变会影响润滑子区域之间的载荷分配；不同润滑子区域的起飞特性呈现显著差异。研究结果为船舶大长径比水润滑径向轴承动力学建模与结构优化设计提供了重要的实证数据。

本文通过单向拉伸实验研究了E40钢在拉伸状态下的塑性变形行为，结果表明其具有显著的各向异性特征。同时基于实验结果，对Hill48、Yld2000-2d与Yld2004-18p三种屈服模型进行了参数标定，并采用修正型Hockett-Sherby模型描述其应变硬化行为。最后基于ABAQUS软件开发了VUMAT子程序，结合板料冲压实验系统评估不同屈服模型的工程适用性。数值模拟与实验结果对比显示，在弯曲半径$ r $ = 200 mm和$ r $ = 500 mm的工况下，Yld2004-18p模型的预测误差小于4%，其预测精度较Hill48模型提高约3倍。研究表明，Yld2004-18p模型能更准确地刻画E40钢的各向异性响应，为船舶构件精密成形仿真提供了有效的本构建模策略。

当外部波浪激励或平台运动频率与月池结构固有频率相近时，月池内部会产生强烈共振现象，此时月池内部水体与平台运动均展现出强烈的非线性特征。本文基于计算流体力学原理，对规则波作用下的深吃水圆筒型平台进行数值模拟，探究了入射波频率和环境波高对平台运动与月池水体耦合系统的影响机制。结果表明：环境波高的增加会加剧月池水体运动所产生的非线性现象，月池中高频段的共振峰值增加，活塞共振峰值降低；平台运动与月池水体之间存在强耦合关系，月池共振和平台的运动响应均呈现双峰的特性；随着环境波高的增加，平台的垂荡响应幅值算子（RAO）幅值降低，纵摇RAO幅值增加。

针对复杂海况下潜艇操纵性和适航性预报方法提升的实际需求，本文采用基于重叠网格和滑移网格的方法模拟潜艇六自由度耦合运动、X艉操纵面的独立运动以及艇后螺旋桨的转动，结合VOF（Volume of Fluid）方法捕捉自由面，进行潜艇近水面自航模操纵运动数值模拟方法研究。通过开展X舵潜艇静水中不同浸深和规则波中不同波长下潜艇自航模近水面回转操纵运动的数值模拟，重点解决了近水面操纵状态下艇/桨/舵和自由面水动力耦合建模、X型自动舵的 PD（Proportional-differential）控制及螺旋桨转速的 PI（Proportional-integral）控制等问题，建立了静水和波浪中X舵潜艇自航模近水面操纵运动数值模拟技术。研究结果表明：潜艇过于靠近水面时，受舵效显著降低这一主要因素及螺旋桨侧向力增大等次要因素的影响，X舵潜艇的回转直径、切点横距和最大纵距均急剧增大；特定波长下潜艇回转第四象限的垂直面运动姿态变化会导致X舵法向力发生大幅改变，从而引起潜艇漂角的大幅改变和回转运动轨迹的较大偏差。研究可为潜艇操纵性和适航性预报与评估以及潜艇自航模模型试验技术完善提供技术支撑。

在海洋工程与海岸防护领域，准确理解破碎波对海洋结构物的作用机制，是保障工程安全运行与提升防护效能的关键。本研究基于开源计算流体力学平台OpenFOAM框架，创新性地结合了采用THINC/QQ界面捕捉格式的thincFoam求解器与稳定k–ω SST湍流模型，开发了一套适用于波浪破碎过程精细化模拟的高保真数值模型。本模型实现了对波浪破碎过程中自由面形态演化、动态流场结构、压力峰值特征以及能量耗散机制等关键物理参量的高分辨率捕捉和定量分析。数值验证结果表明，该模型对孤立波传播过程具有优异的预测能力，能够准确再现自由表面高度变化以及速度场与压力场的时空分布特征。基于系统的数值试验，本研究揭示了排桩式防波堤在孤立波作用下的多尺度消浪机制，主要包括：由自由面破碎引发的湍流掺混，由桩间间隙产生的振荡射流，由桩后水域形成的涡旋结构，以及由回流与剩余波体的非线性相互作用所诱发的一系列波浪破碎现象。这些物理过程共同构成了波浪能量耗散的多物理场协同机制。研究成果不仅为排桩式防波堤的优化设计提供了理论支撑，而且为波浪与结构物的相互作用提供了有效的数值工具，对推动海洋工程领域的理论发展和技术进步具有重要的学术价值与工程指导意义。

为了提高仿生机器鲨鱼的C型转向性能，本文采用计算流体动力学仿真方法开展了自推进机器鲨鱼C型转向的运动学和水动力学研究。建立了机器鲨鱼仿真模型及其转向运动学与动力学方程，同时数值研究了鱼体弯曲最小曲率半径R₀、尾鳍非对称系数R_s和靠壁距离dh等参数对转向速度和水动力参数的影响规律，分析了C型转向过程中流场结构的演变过程。结果表明，减小R₀可缩短转向距离、增大转向角度；尾鳍的非对称性有助于改善转向效果，但R_s过大会导致转向稳定性下降；适当的靠壁距离能够提升转向速度、减小转向距离。

为了评估海洋装备用某型钛合金K-TIG焊接接头的疲劳性能和潜在应用前景，本文基于Basquin公式理论方法和统计学P-S-N概率分析方法，针对对接形式的钛合金焊接接头开展了高周疲劳试验和寿命预测模型研究。结果表明，海洋装备用某型钛合金焊接接头屈服和抗拉强度分别达到941 MPa和985 MPa，屈强比超过0.95，而塑性较低；钛合金焊接接头在应力比R = 0.1条件下以最大应力表示的高周疲劳强度为297 MPa，与抗拉强度的比值（疲劳比）仅为0.3；采用电子扫描显微镜表征疲劳断口特征和失效机制，结果表明，焊接接头的疲劳裂纹源萌生于焊缝焊趾处，疲劳裂纹扩展区出现了疲劳辉纹，瞬断区内有大量韧窝；基于Basquin公式分别给出了最大应力、应力幅、最大载荷与焊接接头疲劳寿命的中值曲线；同时，给出了不同存活率条件下的P-S-N疲劳评估模型。本文的研究对海洋装备结构服役安全评估具有参考价值。