流致振动发电是一种利用低速海流能的高效方法。利用磁悬浮支撑系统替代传统金属弹簧，能够实现更优的刚度调节，并提升水下运维性能。为提高系统能量输出并增强稳定性，涡激振动发电装置通常采用双振子设计。尽管双振子系统已有广泛研究，但磁悬浮支撑下双振子的振动特性尚未充分探讨。本文构建了刚性圆柱振子流致振动与磁悬浮支撑系统耦合模型，研究了间距比对双振子振动响应的影响。结果表明，较小的间距比（G/D=2）显著增强了上下游振子间的相互作用，使下游振子振幅大幅增大，达到单振子的2倍以上。上下游振子的频率均随间距比增大而逐渐降低，且变化趋势存在差异。尾涡分析表明，上游尾涡诱导的流体力重构增强了下游振子的流体力激励，从而显著提升了其振动响应。磁悬浮支撑系统通过非线性磁力作用，增强了振子对尾涡变化的响应能力，从而提高了系统的振动性能和稳定性。本研究为磁悬浮支撑下双振子流致振动发电装置的优化设计提供了理论支持。

自然界和工程实际中普遍存在着振动幅度小、流固耦合效应强的流激振动现象。本文提出了一种边界固定不动，利用质量源和动量源表达边界振动效应的冻结边界法，并利用该方法实现了圆柱单自由度强迫振动和涡激振动计算。结果表明，在强迫振动中，冻结边界法相较于动网格方法，在保证了计算精度的前提下提高了计算速率，验证了该方法的可靠性。对于单自由度圆柱涡激振动成功计算出了锁频现象，由于锁频区共振的影响，圆柱尾流场横向波动较大，尾涡锁频是振动涡系和脱落涡系竞争的结果，当振动涡系主导时表现为频率的锁定，此时发生共振。冻结边界法为计算流固耦合问题提供了一种新的思路和实现途径。

为了探究利用风洞试验测求潜艇动导数的可行性，本文以美国泰勒水池提出的SUBOFF AFF-8模型为研究对象，利用中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所FL-10风洞配备的线振荡设备和角振荡设备，开展SUBOFF AFF-8模型垂直面动导数试验研究工作，给出了潜艇垂直面动导数风洞模型试验的数据处理方法。潜艇动导数风洞验证性试验结果表明：与国际公认的水池测量结果相比，风洞试验测得的水动力系数与泰勒水池的试验值趋势一致，对于垂直面操稳性预报所使用的水动力系数，除纵倾力矩的角速度系数外，误差均在10%以内，说明技术原理与试验方法是可行的。本文为继续深入研究潜艇大攻角动导数风洞试验方法奠定了技术基础。

本文采用大涡模拟和level-set/volume-of-fluid（CLSVOF）耦合的界面捕捉方法计算了两种壁面接触角（90°和160°）下多孔平板通气空泡流动，研究了壁面超疏水性对平板通气空泡融合发展特性的影响。结果表明：与典型实验结果相比，该数值计算方法可以较好地模拟通气空泡的形态以及壁面超疏水性。相比于接触角为90°的平板，接触角为160°的平板会出现近壁面的速度滑移现象，使得空泡展向速度增大，促进了空泡的融合，使融合发生位置提前了41%。此外，融合后的空泡压力波动更小，且接触角为160°时的平板所受到的阻力较小。

船舶运动的实时预报是保障船舶安全、高效航行的关键技术之一。本文基于高阶动态模态分解HODMD（Higher Order Dynamic Mode Decomposition）算法，构建了用于船舶操纵运动实时预报的改进降阶模型ROM（Reduced-Order Model）。该模型通过将不同频率特征的操纵运动参数分别融入高频输入样本和低频输入样本中，增强了输入样本中相近频率运动参数间的相关性。利用“育鲲”轮在实海域中的35°回转运动数据进行了环境影响下的船舶操纵运动预报研究。改进ROM与原始ROM在预报精度上的比较分析结果显示，改进ROM对于低频运动的预报精度远高于原始ROM，而对于高频运动的预报精度也略有提高。

降阶模型在降低计算资源消耗的同时，能够有效提取复杂流动的主要特征，为非线性复杂流场信息的分析与解释提供了重要手段。虽然降阶模型已广泛应用于复杂流场的重构中，但基本针对不同几何形状下的稳态流场或针对同一几何形状下的瞬态流场开展研究，而针对不同形状下瞬态流场重构方法的研究较少。因此，本文提出了一种结合本征正交分解（POD）方法与动态模态分解（DMD）方法的流场降阶与重构方法，并将该方法应用于在船长与波长相等时不同侧体布局下三体船的波浪场重构问题中。结果表明，与高精度数值模拟计算所得的原始流场相比，重构流场的误差较小，整体重构效果理想，验证了所提出方法的合理性与可行性，可为后续的船舶流场预测与优化设计等研究奠定坚实基础。

针对传统海底管道屈曲理论中单因素模型忽略内压和内流体重量联合作用的局限性，本文提出一种基于二次屈曲分析的多因素联合解析解优化方法。首先，结合库仑摩擦定律、Maltby计算公式及Hobbs和Taylor屈曲理论，构建温度–内压–内流体重量联合作用下的管道二次屈曲变形分析模型，推导出帽形屈曲模式的解析解。其次，通过热–固联合有限元模型，以实验数据校准管土接触刚度及边界条件参数，确保数值模型与实际工况的等效性。在此基础上，对比理论解与仿真结果，修正解析解的经验系数K₁，使其在屈曲位移预测中误差降低至2%以内。研究表明：内流体重量对管道轴向压缩量贡献率达35.89%，显著影响屈曲临界阈值；修正后的解析解在联合工况下屈曲位移预测精度提升至98%以上。该成果为深海管道抗屈曲设计提供了高精度理论工具，并为多物理场联合作用下的管道稳定性分析奠定了方法基础。

在细长环肋圆柱壳的多目标优化问题中，结构轻量化和整体失稳临界压力优化的目标难以兼顾，制约了自主水下航行器性能的提升。本文提出了一种数据驱动的多目标优化策略，能在提高结构整体失稳临界压力的同时降低结构重量。该策略首先基于误差收敛准则和精度要求，通过迭代寻找合适的训练集大小，构建了低成本的高精度代理模型；然后采用二代非支配排序遗传算法得到Pareto解集，通过采用基于最大最小归一化的最小距离法进行非劣解筛选，并结合代理模型局部精度增强策略得到高均衡性的最优设计方案。采用本文的优化策略，细长环肋圆柱壳的结构重量减轻了9.1%，整体失稳临界压力增加了13.4%。不增加环肋圆柱壳重量提高其稳定性的有效设计是：增大圆柱壳厚度、增加加强筋高度，同时减少加强筋数量。

船舶推进轴系作为动力系统的重要组成部分，在低速、重载以及启停等工况下，轴与艉轴承之间的直接接触可能引发摩擦振动，进而导致颤振和噪声问题。本文基于模态耦合理论建立了船舶推进轴系的四自由度耦合模型，采用复模态分析法和四阶龙格库塔法分析了模型的模态耦合不稳定性和临界摩擦因数，研究表明，最小临界摩擦因数是决定系统稳定性的关键参数。在此基础上，分析了系统在比例阻尼与非比例阻尼条件下，临界摩擦因数随不同阻尼参数的变化趋势，总结了阻尼对系统模态耦合不稳定性的影响规律，为船舶推进轴系振动控制及其稳定性优化提供了重要的理论支持，对推动理论模型的发展与实际工程应用的优化具有重要的研究价值。

针对传统导管架平台锥体结构强度冗余大、碎冰堆积严重且冰激振动强烈等问题，为降低导管架平台碎冰堆积、冰激振动造成的结构损伤，本文设计了一种新型导管架平台锥体结构。以JZ20-2NW单桩腿平台为研究对象，基于LS-DYNA软件，采用DEM-FEM耦合方法，模拟了海冰与传统及新型锥体结构的相互作用过程，对比分析了海冰破坏模式、冰载荷及冰激振动和结构响应。结果显示，新型锥体结构能够有效抑制冰块攀爬后的堆积，提升碎冰滑移效率，有效降低冰载荷，减小平台结构冰激振动，提高锥体结构安全性能。研究表明，新型锥体结构对导管架平台抗冰性能提升效果显著，可为冰区平台锥体结构设计提供理论依据。

本文针对初始形状缺陷对薄壁钛合金环肋圆柱壳结构极限承载及失效模式的影响问题，结合径厚比、长径比和肋距等参数，开展了结构设计计算、极限承载及失效模式研究，并进行了试验验证。设计并加工含初始形状缺陷的焊接模型和无形状缺陷的精车模型；通过理论公式推导与数值仿真，分别获得两个模型典型部位的结构应力和模型临界失稳压力；进而开展了模型静水外压试验，考核其结构强度与极限承载能力，得到两个模型应力分布特征、破坏压力及破坏形态。通过对比理论、数值和试验结果，系统分析了初始形状缺陷对结构强度和极限承载能力的影响，为薄壁钛合金环肋圆柱壳结构的设计、计算和评估提供研究依据。

为建立完整的平面实时近场声全息技术体系，并有效避免在脉冲响应函数推导过程中对Laplace变换表的过度依赖，本文提出了一种基于Rayleigh积分的理论推导方法。首先，基于Rayleigh积分系统推导了声压−声压、法向振速−声压、法向加速度−声压以及法向位移−声压脉冲响应函数的具体表达式；然后，基于所获得的各类脉冲响应函数，构建了完整的平面实时近场声全息技术体系；最后，通过简支薄铝板的数值仿真验证了所推导脉冲响应函数的正确性。重建结果的对比分析表明，在重建声压和法向振速时具有较高的精度；而在重建法向加速度和法向位移时精度相对较低，并进一步深入分析了重建结果精度低的主要原因。

经典有限元法（FEM）在较高计算频率下会受频散误差效应的影响，出现显著的精度劣化。此外，有限元解的可信度高度依赖于网格质量，尤其在具有陡峭梯度场或复杂几何特征的区域，高质量网格是获得可靠结果的必要前提，但此类网格的生成过程往往具有计算密集性和耗时性。针对上述问题，本研究提出一种改进径向基点插值无网格计算方法（MRPIM）用于三维声固耦合分析。该方法通过引入新型插值节点选择方案，在单个积分单元内构造了连续声压近似函数，从而有效降低了数值积分误差。结果表明，改进方法在计算精度上较原有方法（RPIM）具有显著提升，且有更优的计算效率；数值分析进一步揭示，该方法与有限元法的计算成本具有可比性，显示出良好的工程应用潜力。