为计算海洋运动物体绕流场感应的电磁场，本研究基于相对性原理推导了运动导电介质中的麦克斯韦方程组，并解决了欧姆定律的洛伦兹协变性问题。通过洛伦兹变换将问题转换至随体坐标系，尾流感应电磁场的计算简化为稳态问题。同时，本研究给出了点源与偶极子流场感应电磁场的解析表达式，证明涡量场是产生感应电荷的必要条件。建立的航行体尾流感应电磁场近似计算模型表明，在物体后方1公里处感应磁感应强度约为0.0006纳特斯拉。

为分析球形弹体入水冲击压力波在蓄液结构内的传播过程，本研究采用虚、实两种镜像方法和势流理论建立了考虑预置气层反射的弹体入水冲击压力波计算模型，并采用有限元数值计算验证了其正确性。利用所建立的模型分析了在顶部预置层状气层和中心预置球形气层的方形蓄液结构内，弹体入水压力波传播过程，并分析了层状气层高度h、球形气层球心位置D和半径r对水中压力波强度和传播过程的影响。结果表明，气层界面反射的稀疏波对蓄液结构内的压力波传播过程产生截断效应，显著减小了压力波正压作用时间和比冲量，且比冲量随h和r的增大而减小。D越小，对初始压力波比冲量衰减越显著，反之，对二次压力波峰值和比冲量衰减显著。

水上飞机在水上作业时会受到包括砰击、溅射和波浪干扰等水动力现象的影响。当在水面滑行时，水上飞机可能会遭遇砰击，即机身以高速撞击水面，进而产生较大的垂直加速度和冲击力。本文首先利用计算流体动力学软件建立模型飞机的水动力模型。为考虑气液两相耦合作用，采用流体体积模型来求解纳维-斯托克斯方程，同时应用动态流体相互作用方法模拟水上飞机的六自由度运动，并在不同的滑行速度下开展数值模拟。随后，比较分析仿真模拟结果与试验数据，验证数值方法在研究水上飞机波浪滑行运动特性方面的有效性。最后，针对不同的波浪条件进行数值模拟，运用CFD数值计算方法研究波浪参数对水上飞机运动的影响。研究结果表明，水动力载荷对水上飞机在波浪上滑行时的运动特性具有显著的影响。

为解决固定偏角垂直轴水轮机自起动困难的问题，并提高海洋能源的利用效率，本文提出了一种集成萨沃纽斯型风轮以辅助垂直轴水轮机起动的综合发电装置。通过数值模拟方法研究了该集成装置的动力输出特性。首先，采用Fluent软件构建了三维两相流数值水池，通过比较不同网格密度下装置动力输出参数的差异，确定网格划分方案，同时验证数值水池的有效性。其次，利用建立的数值水池，模拟不同水轮叶片数量、半径比、高度比情况下发电装置在不同流场条件下的力矩、转速和功率系数的变化规律。结果表明，在模拟工况范围内，水轮叶片数为3~4个、半径比为0.25~0.375、高度比为1/6~1/3时，装置在力矩稳定性、转速特性及能量利用率方面表现较优。装置能够在有风的情况下迅速起动，功率系数达到0.3~0.4，甚至有望超过0.4，起动和发电性能良好。研究成果可为该装置的设计与应用提供参考。

聚合物材料通常用于制造海洋柔性管中的护套层。聚合物材料在柔性管道系统的工作温度下表现出一定的非线性特性，具体表现为应力−应变非线性和应力松弛现象。本文根据相关国际规范设计试样、选择试验仪器，然后对海洋非粘结管用聚合物材料进行拉伸试验与高温环境下的应力松弛试验，获得拉伸应力应变曲线和应力松弛曲线，从应力松弛试验数据中辨识描述其应力松弛特性的Prony级数形式的本构参数，并利用有限元方法进行验证。最后，讨论聚合物材料应力松弛的特性。研究发现，聚合物材料在拉伸变形中无纯弹性变形阶段，从最开始便体现出弹性变形与塑性变形共存的特征；聚合物材料应力松弛现象的本质为材料内部的弹性变形向着塑性变形转化，当塑性变形占材料内部变形的主体时，其应力松弛过程中应力下降的百分比将会比弹性变形占主体时小；若单纯以减少应力松弛的不利影响考虑，可使聚合物材料适当进入塑性变形为主导的变形阶段。

本文研究不同过载条件对AH32钢裂纹扩展行为的影响包括拉伸过载比、过载-低载、低载-过载和低载。不同过载比和过载条件下裂纹尖端附近区域的残余应力分布都是疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端附近材料塑性变形的结果，表明施加拉伸过载会延缓裂纹扩展，而低载则会促进裂纹扩展。此外，还观察到裂纹闭合水平随着过载比的增加而快速增加。最后，在变幅载荷作用下，裂纹尖端残余应力和裂纹尖端的塑性变形的控制瞬态裂纹扩展的行为机理基本相同。

针对承受低频与高频复合交变载荷的海洋结构物，其疲劳寿命准确评估是设计阶段的重要课题。本研究采用遗传算法优化反向传播神经网络、径向基函数神经网络和贝叶斯优化随机森林等三种机器学习算法，建立了高低频复合载荷作用下船用钢疲劳裂纹扩展预报模型。通过不同载荷幅值比、载荷频率比和平均载荷水平条件下的疲劳裂纹扩展试验数据，对机器学习网络模型进行了训练与验证。对比了神经网络模型与修正Wheeler模型、Huang模型的预报性能，结果表明：相比于理论模型，机器学习模型与实验数据更为接近，其中遗传算法优化反向传播神经网络模型精度最高。神经网络模型能有效捕捉低频与高频载荷分量间的相互耦合效应，可为船用钢疲劳裂纹扩展行为预报提供可靠而有效的分析工具。

为了提高纤维增强材料（fiber-reinforced plastics，FRP）的弯曲力学性能，并解决多重弯曲载荷下的快速损管问题，通过在纤维增强材料中嵌入分层正交形状记忆合金丝（shape memory alloy，SMA），得到了一种改进的形状记忆合金混合复合材料（improved shape memory alloy hybrid composite，ISMAHC）。对FRP、嵌入单层 SMA 线的形状记忆合金混合复合材料和 ISMAHC 进行了一系列三点弯曲和水浴恢复试验。实验测试和理论计算证明SMA能与FRP结合产生耦合效应，从而提高结构的弯曲模量。水浴恢复试验表明，SMAHC 和 ISMAHC 在多次弯曲加载后仍具有良好的挠度恢复能力和力学性能恢复能力。第一次弯曲试验的挠度恢复大于 60%，第二次弯曲试验的挠度恢复大于 30%。弯曲模量和弯曲强度的恢复率均超过30%，其中 ISMAHC 的恢复能力更强。

随着蜂窝结构在船舶防护领域的广泛研究，各类三维蜂窝结构不断涌现。为探究不同构型三维蜂窝的特性，并为未来的结构设计提供思路，本文对三维板架式和桁架式蜂窝的力学性能进行了试验与数值分析。试验样本由尼龙制成，通过激光烧结工艺增材制造。对样本进行准静态压缩试验，以研究三维板架式和桁架式蜂窝在变形行为模式上的差异。并通过深入分析两种蜂窝在压缩过程中典型单元的变形行为，揭示了其失效模式的不同。鉴于结构的承载能力与其密度之间存在关联，本文在对这两种蜂窝进行研究的同时，还探索了各种典型的二维和三维结构的相对刚度与相对密度之间的关系。文章最后对结构进行了参数分析，以探究内凹角度和单元厚度对力学性能的影响。

大型矿砂船所处的海洋环境及其承受的装载工况极为复杂，如何科学描述矿砂船所受不确定载荷并定量评估船体梁的安全裕度，是一个值得研究的问题。本文研究了环境载荷和船舶内部载荷的随机特性，探讨了多种载荷组合方法及其力学本质，并揭示了典型装载工况下静水弯矩的变化特征。采用 水动力直接分析软件计算目标船舶的波浪载荷响应函数，利用极值Ⅰ型（GumbelⅠ型）长期预报方法获得波浪弯矩的极值，并分析了波浪弯矩的统计特征。基于不确定载荷组合方法，得到目标船船体梁的安全裕度为 1.10~1.20，进一步验证了中国船级社（CCS）规范中矿砂船载荷体系的合理性。结果表明，该方法可应用于相关规范的制定，并能够有效揭示规范背后的安全裕度水平，提高了对目标型船舶规范的研制水平。本文研究为大型矿砂船的发展提供重要参考。

腐蚀-疲劳耦合作用所带来的风险远高于单一损伤机制。本文综述了该领域在理论框架、数值模拟与实验方法方面的最新研究进展，重点关注点蚀演化与裂纹扩展两个关键过程。当前点蚀形貌模型受限于单一缺陷假设与蚀坑形状规则化简化，难以实现对点蚀特征的多维全面表征。在裂纹扩展建模方面，主要有机理驱动型模型、数据驱动型模型以及混合增强型模型三大范式，其中物理信息神经网络在处理腐蚀-疲劳耦合作用方面展现出极大的潜力。研究表明，当前点蚀表征中蚀坑形状过度简化问题突出，几何规则化假设已成为量化腐蚀-疲劳协同效应的瓶颈。突破这一局限需提出综合尺寸、形状、不规则性与统计分布特性的多维量化方法。该领域的进展将深化对耦合机制的理解，并有助于工程结构安全性评估，从而推动高精度腐蚀-疲劳寿命预测模型的发展，为基础设施安全保障提供支撑。

极地船舶结构遭受极端浮冰撞击事件在冰区是非常常见的，冰体冲击载荷下结构的非弹性变形直接反映了结构的损伤状态，是结构强度评估和设计中一个重要而方便的参数。因此，本文旨在回顾极地船舶结构在浮冰冲击下动态非弹性响应的最新研究进展，介绍一些关于研究船体板在单次和重复冰体冲击载荷下动态塑性响应的重要实验、数值和理论工作。通过比较冰体和刚性质量块冲击下的结构响应，评估冰体变形和损伤特性对船体板塑性变形能量吸收的影响。此外，还探讨船体板在相同重复冰体冲击下的塑性变形累积和能量共享机制以及伪安定现象。基于冰体冲击下船体板非弹性响应的解析解，提出一些可确定冰体冲击载荷下船体板厚塑性设计公式和曲线，可为冰上航行船舶结构设计提供有用的参考。