我国南海活跃着大量内孤立波，严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性，建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型，根据mKdV方程求解内孤立波载荷，基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势，并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明：内孤立波作用下，缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应，特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移；缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值，有更加复杂的弯矩变化趋势。

新概念人工海床能够有效提升海上油气开发装备对强风、巨浪和表面强流等海面灾害性海洋环境要素的适应性，但内波产生的巨大冲击载荷是影响人工海床作业安全的关键因素。本文研究内孤立波作用下新概念人工海床水动力载荷及流场特性问题。首先，以eKdV方程为理论模型，采用速度入口造波方法，建立三维内孤立波数值水槽，实现内孤立波的数值造波；在此基础上，对数值造波的波形与理论波形和试验波形进行对比，验证数值方法的有效性；最后，计算内孤立波作用于人工海床的水动力载荷，详细研究不同内孤立波振幅下人工海床的受力特性，分析人工海床周围的速度场和涡量场。研究结果表明：随着内孤立波振幅的增加，人工海床所受的拖曳力、垂向力和升力均逐渐增加，且拖曳力和垂向力远大于升力；当内孤立波经过人工海床时，人工海床周围的流体质点速度增大，涡强度增大。本研究可为大型水下工程结构物的内孤立波载荷预报及流场特性分析提供一种有效的数值计算方法。

风与波浪高度是海洋工程设计的重要参数之一，其准确预测具有重要的工程意义。针对波浪高度复杂多变、难以预测的挑战，本文考虑时间相关性，利用长短时记忆（Long-Short-Term Memory，LSTM）神经网络方法建立风和波浪高度的短期预测模型。首先，对波浪高度和风速等海洋环境原始时间序列进行分析，并选取不同时间间隔对浪高和风速极值进行取值；其次，对风速与波浪高度开展相关性分析，并基于LSTM方法，构建风和波浪高度单步预测模型。在时间间隔为0.5 h时，波浪的预测误差为0.12 m；进而构建风和波浪联合预测模型，预测风速下的波高预测误差仅为0.12 m，与实测风速下的波浪预测误差基本一致。

LNG低温软管是液化天然气深远海转运装卸的关键纽带，保证其安全可靠运行、高效持续作业对于LNG输送系统至关重要。LNG低温软管的主要应用工况有船-船并靠卸料、船-船串靠卸料及船岸加注。针对这些不同的应用工况，本文开展针对LNG低温软管的整体水动力分析和整体布置参数的敏感性分析。以直径为12英寸规格的LNG低温软管为研究对象，考虑风、浪、流等复杂海洋环境荷载的联合作用，采用Orcaflex软件对不同应用工况下的LNG低温软管进行建模、水动力分析和计算校核，研究结构的关键响应，并对低温软管整体线型设计参数及提升速度进行敏感性分析。结果表明：无论是串靠还是并靠工况，管长和两船间距增大都会导致曲率极值增大，张力极值减小；船岸加注时，提升速度会使张力极值减小，曲率极值增大。研究成果可为LNG低温软管的设计优化提供理论依据，并对FLNG卸料系统整体布置具有参考意义。

利用阻尼修正的势流理论对过驳双船系统进行研究。建立了过驳双船系统CFD数值计算模型，通过在双船间隙自由水面施加粘性阻尼盖的方法对势流理论进行修正。对双船过驳系统在考虑与不考虑修正两种情况下的时域结果进行对比分析，结果表明：双船各自由度的运动响应以及各系缆护舷的受力，在不计及粘性修正时的计算结果皆高于修正后的结果，因而考虑流体粘性的修正是非常必要的。

针对导管螺旋桨的梢部流动，受压气机中“机匣处理”的启发，将矩形凹槽结构应用于导管内壁，用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化，进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法，针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无凹槽/不同凹槽结构进行非定常数值计算，研究凹槽结构对桨叶叶梢压力、梢涡强度、梢涡结构以及水动力性能的影响。结果表明：凹槽结构会明显改变导管螺旋桨梢部流场涡的形成，减弱梢涡强度，提高叶片梢部最小压力，并且对推进性能几乎没有影响。研究结果可为导管螺旋桨的梢涡控制以及减振降噪提供一种新的解决途径。

复杂结构物自由表面砰击问题，如空投鱼雷、水空无人航行器潜水和高速船出入水，一直是海洋工程领域的研究热点。本文采用梯度增量level-set和虚拟网格法数值模拟复杂结构物的入水砰击，采用时间半隐式有限差分法求解不可压缩Navier-Stokes方程，虚拟网格法可重构复杂结构物界面插值模块并施加无滑移边界条件，梯度增量level-set法可捕捉非线性自由表面翻卷、射流等物理现象。基于以上方法模拟二维圆柱的常速入水砰击，并与试验和数值结果对比，验证本文数值方法的正确性。最后，数值模拟二维船型剖面和飞机剖面的入水砰击，分析了冲击压力、运动响应、压力分布和自由表面运动随入水角度的变化规律。同时，通过模拟可观察到复杂结构浸入水中后的流体分离、射流和小角度空气腔等典型砰击物理现象。

船冰作用力的预报是冰区船航行性能评估环节的重点。本文针对某冰区航行船开展操纵性斜航模型试验研究，采用以聚丙烯为主材的圆形非冻结模型冰，通过模型试验给出船在无冰水域和中高密集度浮冰区的船体受力，研究船体在不同航速和漂角下的船体受力特性，并基于典型工况分析试验数据的重复性，发展冰区航行船的非冻结模型冰模型试验技术。研究结果表明：浮冰密集度、航速和漂角的增大会使船体受力增大，高密集度和大漂角下船冰接触区域更大，试验数据重复性也较好。

本文研究了D形截面柱体在顺流向和横流向两个自由度下的流致振动特性，迎流角为90°，质量比为2.6，雷诺数为370~3685，应用RANS方程采用SST k-ω湍流模型和Newmark-β法求解水流运动和柱体运动，入口流速采用匀加速法，检验了数值模型的网格和时间步长敏感性，并与相关文献的实验结果进行对比，验证了数值模型的可靠性。基于计算结果，系统分析了D形截面柱体的振幅、振动频率、水动力系数、尾涡脱落模式，以及平均位置偏移情况。结果表明，双自由度D形截面柱体在约化速度为8~14的区间内表现为涡激振动-驰振模式，尾涡多为2S和S+2S交替脱落，双自由度振幅比单自由度有显著的增大。升力主要偏向截面的直线边一侧，且升力出现了多个倍频。横流向和顺流向平均偏移量最大都可达到一倍特征长度以上。

托管架长期承受着交变载荷的作用，结构疲劳破坏问题不容忽视。为此，本文分别基于波浪谱和监测数据对托管架的疲劳问题进行研究。通过计算结果的对比分析，发现基于波浪谱的疲劳损伤计算，由于波浪荷载的随机性很强，导致计算结果偏于保守，适用于设计阶段结构的疲劳寿命预报评估；而基于实时监测数据的疲劳损伤计算，数据相对更加准确，适用于实时评估结构当前的疲劳损伤情况，并依此提出适当的维修和保养建议。

与比例载荷加载相比，在非比例载荷加载时由于附加损伤的产生，机械构件会出现明显的寿命缩短。本文通过分析非比例载荷作用下影响疲劳寿命的因素，提出一个新的非比例损伤因子，以最大剪切面为临界面，建立新的基于等效应变的疲劳寿命预测模型。新的多轴疲劳寿命预测模型不仅考虑法向应力对材料裂纹萌生与裂纹扩展的影响，而且通过引入材料附加强化系数与载荷路径的非比例度反映非比例载荷加载对多轴疲劳寿命的影响。采用5种材料在多轴载荷下的实验数据来验证本文模型的准确性，同时与两种经典模型进行对比，验证与对比分析说明，本文所提模型预测精度较好。

目前夹芯结构由于其轻质、减振、隔声等优良性能，已在隔声壁板、减振结构设计等领域得到广泛的应用。夹芯板在低频振动中通常易于表现为弯曲振动模式，但夹芯板面板材料和芯材材料的性能往往差别较大，在中高频段易产生较为丰富的振动模式，因此建立一种适用于各个频段的夹芯板振动理论预报方法是十分必要的。本文发展了一种新的夹芯板振动理论计算方法，对夹芯板的芯材应用三维弹性力学理论，面板应用薄板理论。本文建立的理论方法可综合体现夹芯板弯曲变形模式和膨胀变形模式，容许夹芯板产生法向形变，可显著提高中高频夹芯板的振动预报计算精度。通过算例将本文理论方法的计算结果与其它理论计算方法和有限元计算的结果进行了对比，证明了本文理论方法的有效性和优势。

气垫船水下声辐射是复杂的船体结构-气垫-周围水体三类介质声振耦合过程，其声传递特性是气垫船声学分析中的难点。本文以某全垫升气垫船为研究对象，结合声固耦合有限元法与解析法，探究气垫船水下辐射噪声传递特性。通过建立固-气-液声固耦合有限元模型，计算机械激励与垫升风机声激励，并以试验固有频率修正数值模型；通过声透射解析公式计算空气螺旋桨、燃气轮机等设备声激励辐射的水下噪声。采用距离左、右舷1 m处线上各点的总声压级作为评价指标。结果表明：气垫船水下辐射噪声为宽带噪声；有限元法计算的水下辐射噪声在低频时集中分布于气垫-周围水体耦合面附近，随着频率的升高，水下噪声增大并逐渐呈不规则干涉状分布；空气螺旋桨等声激励直接辐射水下噪声主要为近场低频噪声，在设备声激励辐射范围内声压平均占比约为40%。本文揭示的水下辐射噪声传递特性对气垫船减振降噪具有重要指导意义。

在我国“碳达峰、碳中和”战略背景下，气体润滑减阻作为一种流动控制节能与降碳方法，可有效降低船舶航行阻力，对我国船舶及航运业的低碳发展意义重大。本文介绍了气体润滑减阻研究的国内外背景及意义，阐述了气体润滑减阻的定义及分类方式，特别是提出了基于气液两相界面形态与减阻机理的离散气泡减阻和连续气层减阻分类方式，并在此基础上分别梳理了离散气泡减阻和连续气层减阻在减阻特性、减阻机理、两相流态及其影响因素等方面的进展情况，总结并展望了气体润滑减阻的研究现状和该领域的未来发展趋势。