高分辨率的流场数据对流动问题的研究具有重要意义。受测量方法、计算效率等多因素限制，高分辨率流场的直接获取仍有一定困难。本文基于流场时程数据的低维表征模型，提出非定常流动时程数据重构的深度学习方法。该方法直接面向样本时程数据，凭借一维卷积的特性提取出样本中包含的时程特征；然后，建立物理空间与表征模型编码空间之间的映射关系；最后，利用一维反卷积对低维表征进行解码，实现对流场中任意位置数据的重构。对Re_D=200的非定常圆柱层流绕流流场进行低维表征与验证，进而实现高分辨率流场时程数据的重构，并证明方法的准确性。本文方法是一种无监督方法，是一种时间维度上具有高精度的流场数据重构方法，适用于基于传感器的时程数据处理。

基于自由横摇衰减曲线估算船舶横摇阻尼是一种常用工程手段，由于衰减曲线估算阻尼的方法众多，导致阻尼估算结果存在差异。为实现获取高精度阻尼预报方法的目的，本文首先对近年来出现的基于衰减曲线估算横摇阻尼的方法原理进行详细分析，扩展其适用范围，按照原理将方法分为基于分段线性假设与基于参数识别两类。其次利用标准模型（DTC）的横摇数据，验证并比较不同方法的特点，分析阻尼系数估算的误差来源。结果表明，横摇阻尼估算精度与使用的方法强相关，推荐物理意义明确、误差来源少、对测量噪声与误差不敏感的Froude能量法作为初步阻尼评估方法，若能找到足够精确的阻尼模型，则可进一步使用具有内在的噪声抑制机制、不需要预估阻尼系数初值、存在唯一解的Prony-SS方法以提高识别精度。

复合材料可改善螺旋桨空化性能及振动特性，在先进海洋推进装备领域备受关注。本文基于URANS计算复合材料螺旋桨外流场，应用FEM求解桨叶结构动态响应，并将水动力载荷及结构变形实时双向传递，建立复合材料螺旋桨非定常空化流固耦合数值计算方法。精细地模拟了桨叶经过高伴流区过程中叶梢空泡的演化；叶梢最大变形量随着叶梢空泡的初生、发展而逐渐增大，在梢涡空泡形成阶段达到最大值，然后随着空泡的溃灭而减小；揭示了复合材料的应用使螺旋桨推进效率得以提高、叶梢空化得以抑制的机理，即复合材料螺旋桨在空化水动力载荷作用下产生弯扭耦合变形，自适应地调整攻角以抑制空泡发展；对比了典型空化工况下复合材料与刚性金属螺旋桨空化水动力性能的区别；与刚性金属桨相比，复合材料螺旋桨的压力脉动峰值缓和，对非均匀伴流场的适应性更好。

基于浸没边界-多松弛-格子玻尔兹曼方法，对Re=100时等边三角形布置三圆柱体群绕流问题进行数值模拟，分析间距比（K_d）与来流角度（α）两个关键参数对流体力系数及流场特性的影响，揭示其流动机理。计算结果表明：不同流场下尾流模式分为单漩涡、单漩涡体向双漩涡过渡、不规则的双漩涡、规则的双漩涡、双漩涡向三漩涡过渡、不规则的三漩涡和规则的三漩涡模式，在α=30°时流场下游涡街更加规则，尾流模式转变更快。三圆柱所受的时均流体力系数受间隙流流速影响较大，各来流角度下随间距比（除小间距比外）的变化趋势基本一致，尾流模式转变会导致三圆柱群的流体力系数均方根值发生显著变化，在K_d≥3.5后上游圆柱流体力系数均方根值有较大起伏。除α=0°工况外，在K_d≥2.5后中游圆柱的涡脱落频率受α和K_d影响较小，数值相对稳定。

为了研究船舶微气泡减阻规律，本文基于OpenFOAM中两相欧拉数值模型，对低速散货船进行微气泡减阻数值研究。对气液两相分别建立控制方程，考虑五种相间作用力及气泡聚合和破碎，采用考虑气泡影响的改进k-ε湍流模型，忽略自由面影响，采用叠模模型研究喷气量、气泡直径、航速及吃水等因素对船舶微气泡减阻的影响，分析气体体积分数、湍流粘度和气泡直径分布等。结果表明：微气泡可以同时减少船舶摩擦阻力、粘压阻力和总阻力；喷气量直接影响减阻率，喷气量越大，减阻率越高；较小气泡的平均气体体积分数较大且气体分布更均匀，同时湍流运动粘度较小，可以更有效减阻；气泡沿着流向会聚并，气泡越小聚并越剧烈；较高航速和小吃水更有利于减阻。

粒子图像测速（PIV）技术是一种定量的非接触式全局速度场测量技术。在船舶与海洋工程领域，PIV实验中拍摄的粒子图像常出现结构物遮挡或自由液面等干扰现象，需要对其进行掩模后计算液相区域速度场。因此，实现PIV图像中干扰区域自动掩模及液相区域速度场高精度计算具有重要的意义。本文基于光流卷积神经网络LiteFlowNet，设计了一种可实现自动掩模及速度场计算的深度学习模型Mask-PIV-LiteFlowNet，并使用基于物体入水PIV实验图像掩模数据集和PIV速度场计算数据集制作的数据集对其进行训练和测试。测试结果表明，该模型能够有效减少临近掩模边界区域的速度场计算错误并能够精细地提取流场小尺度流动信息，相比于当前先进的PIV深度学习模型PIV-LiteFlowNet-en，本文提出的模型在对带结构物的合成粒子图像进行流场计算时精度获得了至少14.5%的提升，计算速度上获得了5.7%的提升。最后，使用楔形体入水PIV图像对提出的模型进行了测试，验证了模型的泛化能力。

舰船在高航速运行工况下空化非定常演化过程产生的冲击，是空化激励产生异响甚至空蚀的根源。实际空化流动是包含多尺度流动结构的复杂过程，涉及空化的脱落、破碎、合并以及溃灭等多重影响因素，目前对于空化冲击形成机制的认识及判别尚不清晰，制约了空化冲击控制措施的发展。针对上述问题，本文以扭曲水翼为对象，首先采用水翼物面蓝油涂层方法确认空化冲击的主要区域，然后利用高速相机和水听器开展空化图像与脉动信号在时域上的同步测试，分析水翼片空化脱落形成云空化过程中物面空化冲击与空化瞬态结构特征之间的关系。结果表明，对于典型片空化形成云空化的过程，高频高幅值的空化冲击是由片空化脱落后形成的云空化结构局部整体溃灭回弹现象引起，且在瞬时产生强烈的压力脉动。这一认识为工程上对空化冲击的判别和控制提供了依据。

本文利用本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition，POD）和动力学模态分解（Dynamic Mode Decomposition，DMD）分析雷诺数Re=200时三维60°交叉管在间隙比G=4下的涡量数据，并探究尾涡的演变规律。分析结果表明：尾流场中的涡流尺度及重要程度随频率增加而减小，少数低频模态便可主导大尺度流动现象，而高频模态主要丰富尾流场中的小尺度湍流细节；上下游圆柱的涡结构以0.19 Hz的频率从两圆柱脱落，并在相同的频率下以平行形态向下游演变；上游圆柱脱落涡与下游圆柱的相互作用导致下游圆柱涡激振动明显，并产生多个高频升力频谱峰值。

iFEM（inverse finite element method）是目前进行结构应变场构建最有前景的方法之一，其目的是在结构离散应变采集过程中，以最少的实际测点获取满足精度要求的结构应变场。在一些局部区域应变数据不易采集时，可尝试采用虚实结合的方式进行离散应变数据的采集。本文以船舶典型结构加筋板为例，根据实测数据，结合仿真模型，依据Xgboost的测点回归方法，基于iFEM技术依次计算实测、仿真和虚实结合三种方法的应变场重构精度，分析误差原因。通过预测，当47个物理测点时平均误差最低，为1.92%，以虚实结合路径输入15个点和21个点时结果与验证点的误差均小于3%，验证了虚实结合快速补充缺失数据的应变场重构的方法操作性强、准确度高。

北极地区拥有丰富的油气资源，在该海域进行油气资源的开发和利用具有巨大的发展前景，但也极具挑战性。当前海洋平台的设计规范并未充分考虑海冰的影响。北极海域存在无冰期和有冰期，为了实现平台全年在海上进行作业，需要联合考虑波浪载荷和冰载荷的作用。本文研究某半潜式海洋平台在波浪、平整冰以及碎冰不同工况下的动态响应，采用势流理论和莫里森方程计算波浪载荷，利用离散元方法求解冰载荷，使用细长体有限元的方法分析锚泊系统，通过非线性时域计算求解得出平台的运动以及锚泊系统受力。结果显示：相较于其他环境载荷，平整冰作用下锚链的张力最大；在较小的海冰厚度、海冰密集度和冰块平均面积下的碎冰区，平台的运动符合现行安全规范。本文的研究可为北极地区油气资源的安全开发提供参考价值。

中、小型船舶吃水较浅，其螺旋桨转速快、直径小、重量轻，一旦艉管前后轴承跨距较大，艉管后轴承支点位置就将超出标准给定的范围。本文基于有限元法，将轴系简化为Timoshenko梁单元建立有限元模型，考虑船舶轴系实际安装间隙和基于赫兹接触理论计算的载荷-刚度曲线，使用不同支撑位置和多种支撑模型对艉轴大跨距轴系进行校中计算对比。研究发现，对于艉轴大跨距的轴系，CB/Z 338-2005中对艉管后轴承支点位置的取值已不适合。如果轴承支点选取准确，则单点刚性支承、单点弹性支承、多点非线性弹性支承的轴承负荷计算结果相近。

基于声学黑洞与加强筋这两种结构设计出声学黑洞加筋板，通过建立声学黑洞加筋板、加强筋的有限元模型，对两种结构的声辐射特性、振动能量分布与传递特性开展研究。仿真结果表明：在高于截止频率时声学黑洞加筋板的辐射声功率级比普通加筋板降低8~20 dB，由于敷设的局部阻尼使聚集在声学黑洞区域的振动能得到有效的耗散，因此其振动水平下降明显且与声场耦合变弱；通过分析振动能量分布特性验证了声学黑洞加筋板结构大部分动能聚集在声学黑洞区域，减弱整体结构的振动水平；振动传递特性揭示了声学黑洞加筋板受声学黑洞聚能与加强筋阻振的叠加效应，相比于普通加筋板，声学黑洞加筋板具有更优的减振降噪性能。

涡激振动（VIV）是导致海洋立管疲劳破坏的主要诱因，因此，抑制振动是立管设计需关注的重要内容。本文通过运用双向流-固耦合数值计算方法，开展翼型管、纹理管与光滑管的涡激振动响应特性的对比研究，探讨扰流翼板与表面纹理等异形表面结构对涡激振动被动抑制的有效性。计算结果表明：异形表面结构能够有效降低柔性管体的振动响应，缩短锁振区间，并且影响尾流区泄涡发放模式，减小管体流体力系数，起到明显抑制管体涡激振动的作用，且在较高的速度工况下，这种抑制效果更加显著。该研究可为采用被动式振动抑制的翼型管和纹理管等异形结构的海洋立管设计提供一定的理论参考。

可移动式风机是一种既能利用海上风资源进行发电储能，又具备一定自航能力的海上能源装备。与固定式海上风机以及系泊式漂浮风机相比，可移动式风机的有效作业水深更大，可以开发深远海蕴含的大部分风能，同时还可以为远海生产生活设施进行供电。本文基于国内外相关最新研究资料，结合作者自身的理解和探索，从基础选型、概念可行性论证、一体化动力分析技术、作业决策技术、安全性评估、水池模型试验技术、建造及安装技术等多个方面，对研制可移动式风机过程中需要解决的关键技术问题进行探讨。