湍流的研究离不开高分辨率的流场数据，但受测量方法、计算效率和数据存储等多方面限制，高分辨率湍流数据的直接获取仍比较困难。本文基于流场时程数据的低维表征模型，提出基于神经网络的特征编码预测模型与高分辨率的湍流重构方法。首先，基于一维卷积方法建立湍流时程的低维表征模型；然后，基于人工神经网络模型建立测点坐标与特征编码之间的映射关系，实现未知测点的特征编码预测；最后，利用所预测的特征编码结合表征模型的解码器生成求解域内任意位置处的湍流时程。对Re=2.2×10⁴的方柱湍流场进行低维表征，进而实现高分辨率流场时程数据的重构，并验证方法的准确性。本文所提方法是一种在时间维度上具有高精度的湍流重构方法，且是一种无监督训练方法，可广泛应用于基于一点的传感器数据处理，是一种适用于湍流流场时程数据重构的新方法。

常规代理模型的阻力预报是以主尺度比、船型系数等作为输入，相比于CFD计算时输入完整船型，其较低的信息密度导致代理模型预报精度较低。本文以4108个完整船型几何形状特征张量作为输入，采用神经网络作为代理模型，以船舶的总阻力系数作为输出，研究船型阻力的高维度、高精度预报方法。首先，将船型进行无量纲化处理，并提取特征张量作为输入；然后，建立神经网络模型，搭建输入层、隐藏层和输出层；最后，将船型的特征张量与总阻力系数输入神经网络，通过误差反向传播进行训练，直至损失函数值收敛。本文研究结果可为基于高维代理模型的阻力性能预报提供理论和技术支持。

本文依托“属性细分，知识封装”的原则，开展基于RANS方程的船舶阻力性能虚拟试验应用流程研究，通过封装虚拟试验专家知识，建立船舶阻力性能虚拟试验应用流程。该流程对标物理水池模型试验流程，用户仅需输入试验对象几何曲面以及主尺度参数，即可开展阻力性能精细预报工作。经大子样验证，该流程预报精度高、效果好，与传统CFD阻力数值计算相比，可大幅提高船舶阻力性能的评估效率，缩短船舶性能研发周期，大幅降低应用门槛。

液体晃荡砰击载荷是液化天然气（LNG）运载装备液舱结构设计的关键载荷之一。液体晃荡砰击载荷过大时，会导致液舱结构产生局部破坏，进而导致液舱内液体泄露，甚至船体倾覆。基于前期数值结果，本文设计了梯形体和正方体两种壁面结构，开展了不同壁面结构下的液体晃荡砰击试验。针对自由液面演化过程以及液体晃荡砰击载荷分布特性，结合统计分析方法，定性和定量地分析了壁面结构对液体晃荡砰击的抑制效果。研究结果表明，壁面结构的存在改变了液体晃荡砰击过程中的流场分布，使砰击由液体直接砰击改变为裹气液体的间接砰击。裹气液体晃荡砰击过程中产生了大量气液混合物和气泡，从而有效地降低了砰击载荷，并且正方体结构抑制砰击载荷的效果优于梯形体结构。

为了探究主压载水舱吹除速率及吹除顺序对潜艇应急上浮特性的影响，以Suboff为研究对象，基于RANS方程和整体动网格技术，联合简化的高压气吹除主压载水舱模型，构建潜艇应急上浮运动仿真计算模型。通过线性施加上浮力，得到初始航速为1 m/s时不同吹除速率以及不同吹除顺序和时间间隔下，潜艇应急上浮运动参数随时间的变化情况。结果表明：主压载水舱吹除速率越快，艇体出水越快，纵摇角的幅值越小，横摇角的幅值越大；按照首、中、尾组和中、首、尾组顺序吹除水舱相较于同时吹除，纵倾角幅值更大，上浮更快；按照首、中、尾组相较于中、首、尾组顺序吹除水舱，出水更快；在同一吹除顺序下，时间间隔越长，纵摇角幅值越大，而间隔时间为1.0 s的出水时间早于另外两种工况；在所有工况中，按照首、中、尾组顺序吹除水舱时间间隔为1.0 s的工况出现出水最高点最早为7.08 s，相较于同时吹除提前了1.21 s。研究结果对于潜艇高压气的压力设计及实艇应急上浮的吹除策略具有一定的指导意义。

浸没式喷水推进是常规艉板式喷水推进的一种衍变型式，其流道与船体高度耦合，船泵耦合流场更复杂。针对浸没式喷水推进技术发展需求，首次构建浸没式喷水推进控制体与力学模型，并开展其与常规艉板式的差别分析。然后针对同一型船、同一型推进泵，在设计航速点开展两种推进形式的船泵一体化多自由度运动数值计算分析。对比结果表明：浸没式喷水推进获流区面积更大，流道效率更高，对船体姿态影响小，浸没式喷水推进推力减额分数较大且为正值。

将双浮筒型浮式防波堤与振荡浮子波能发电装置耦合为一体化装置，并基于CFD技术，建立数值水槽，计算并探究一体化装置俘能效率和消波性能的变化机理。结果表明，腔内浮子运动具有较强的非线性，当入射波浪周期接近腔体固有周期时，浮子俘能效率最佳，发电功率和吸能效率可达到单个浮子的2.4倍；此外，一体化装置消波性能与波陡和固有周期相关，在固有周期之前，浮式防波堤对大波陡波浪具有更好的消波效果；入射周期达到结构固有周期之后，浮式防波堤会丧失其优良的消波能力。

水润滑轴承的润滑剂中混入泥沙杂质颗粒会使轴承的工作环境变得恶劣，降低轴承的润滑性能。为研究水润滑轴承在水中含杂质颗粒条件下的弹流润滑性能，采用多重网格法分析不同主轴变速形式、不同杂质颗粒尺寸和形状对水膜最大压力和最小膜厚的影响，并与纯水润滑条件进行对比。结果表明：主轴三种变速形式中，正弦加速和余弦减速对轴承的润滑性能最有利；杂质颗粒的存在会令润滑水膜的最大压力增大、最小膜厚降低；杂质颗粒的尺寸越大，形状越接近圆形，形成的润滑水膜厚度越低，压力也越大；杂质颗粒的存在会造成压力骤变从而在水膜中逸出气泡，形成气穴现象。

对于遭受各种随机环境载荷的海洋结构物而言，在设计阶段对其进行疲劳损伤评估尤为重要。海洋结构物的响应经常呈现出宽带特性和非高斯统计特征。因此，本文提出一种基于神经网络模型的宽带非高斯随机过程疲劳损伤评估方法。采用多种功率谱与不同带宽参数、S-N曲线斜率参数以及非高斯过程偏度与峰度的组合对所提出的神经网络模型进行训练和测试。分析输入层神经元、隐藏层神经元个数以及隐藏层层数对模型预报精度的影响，确定最优的神经网络结构。以时域雨流计数法计算的疲劳损伤结果作为基准，采用真实双模态功率谱进行数值试验，并与多种频域疲劳损伤分析方法进行比较，证明本文所建立的神经网络模型具有更好的准确性和鲁棒性。

船体结构的断裂破坏往往是低周疲劳与累积塑性两种破坏模式共同作用的结果。为研究某船用高强钢考虑累积塑性作用的低周疲劳裂纹扩展行为及塑性区尺寸，本文根据ASTM E647标准进行某船用高强钢CT试件在拉-拉循环载荷作用下低周疲劳裂纹扩展试验，并采用DIC方法测量不同裂纹长度下的裂尖塑性区尺寸。随后，通过引入Chaboche模型，建立扩展有限元仿真方法，得到裂尖塑性区尺寸，探究不同载荷因素对塑性区尺寸的影响，并基于试验数据进行方法有效性验证。最后，基于有限元计算结果和Irwin模型，提出一种考虑累积塑性应变的裂尖塑性区尺寸预估模型，并建立基于循环塑性区尺寸的裂纹扩展速率模型。

针对目前工程实际中故障预警存在敏感特征组合构建困难、完备的故障样本稀缺和预警阈值设定不准确等难题，提出一种基于对抗自编码器（AAE）和自适应阈值的滚动轴承故障预警方法。将预处理后的正常样本频谱数据作为AAE训练数据进行自编码器网络和对抗网络训练，并计算自编码器重构误差和保留编码网络；利用编码器逐层提取服从先验分布的低维特征，结合重构误差和相似性度量构建健康指标，并基于贝塔分布进行健康指标概率密度分布拟合以自适应确定阈值；将测试数据经相同步骤处理后与阈值比较，判别异常。利用两类滚动轴承数据集验证所提方法，试验结果表明所提方法具有优异的故障预警性能和自适应性，能够实现早期微弱故障预警。

隔水管下放是深水钻井的重要步骤，此过程中卡盘承担隔水管系统全部重量，加之复杂多变的深水环境，导致下放作业风险较大。为了确保隔水管下放作业安全，本文针对隔水管连续下放工况，构建环境载荷参数联合分布模型，确定基于IAGA-BRNN的结构响应智能预测模型，结合蒙特卡洛方法形成隔水管下放作业可靠性评估方法并开展应用实例研究。结果表明：环境载荷参数联合分布模型中大部分参数符合Weibull分布和Beta分布；提出的预测模型在所有指标上均保持较好的水平，且较常规预测模型最多提高了76.77%；隔水管等效应力和最大轴向力是影响下放作业安全的首要和次要限制因素，且随着悬挂隔水管根数增加，结构可靠度呈下降趋势，将波高作为限制条件可有效提高作业可靠性。

脐带缆是海洋工程中连接水上与水下单元的重要纽带。本文提出一种脐带缆铠装层压弯状态下侧向屈曲模型试验方法，通过护套约束模型使其发生侧向屈曲，开展直筒和弯曲半径分别为2 m、1.7 m、1.4 m工况下脐带缆铠装层侧向屈曲模型试验。通过参考以往文献中理论预测值和试验的对比结果，并和数值模拟进行对比，验证本文提出的模型试验方法的准确性。试验研究发现：随着弯曲半径的减小，脐带缆铠装层发生侧向屈曲的临界位移和临界屈曲载荷都不断增大，同时侧向屈曲发生位置向固定端移动；对于压弯状态下的脐带缆，初始缠绕位置为弯曲拱腹面的铠装钢丝侧向屈曲更明显。本文提出的侧向屈曲模型试验方法可用于脐带缆铠装层侧向屈曲失效机制研究，也可用于数值模拟分析的验证。

针对舰船等工程领域低频线谱控制难题，建立考虑柔性基础的非线性能量阱隔振系统动力学模型，利用谐波平衡法和Runge-Kutta法分析系统的非线性动力学特性。探讨基础参数对系统幅频特性的影响，并分析系统在共振频率处的非线性动力学行为。以振动功率流为评价参数，探讨非线性能量阱质量比、立方刚度、阻尼对减振效果的影响规律。针对本文计算模型的研究表明：当基础刚度较弱时，非线性能量阱对设备的幅频响应特性影响较大；对于特定的参数，基础和设备在一阶共振频率处的运动状态可能是不同的；非线性能量阱减振效果良好，在本算例中传递到基础的功率流峰值降低了13.95 dB。

空化流动是自然界中广泛存在的一种流体力学现象，它的理论建模和数值模拟方法研究长期以来形成了流体力学领域的重要方向。本文对空化的相变本质进行了阐述，系统地介绍了空化流动的数学物理描述，回顾了空化流动数值模拟的空化模型国内外研究进展，并详细地推演了以输运方程为基础的蒸发冷凝空化模型和泡动力学空化模型，可为空化流动的研究提供借鉴。