水下航行体在水平面回转运动时，由于其线型上下不对称（尤其是指挥台）形成的复杂流动，会使航行体受到垂向力和俯仰力矩，这种现象对航行体的操纵运动构成影响。本文以SUBOFF模型搭配E1619螺旋桨作为研究对象，采用CFD与刚体动力学结合的方法开展了航行体直线自航和水平面回转运动的数值模拟，仿真结果与文献中的结果吻合良好。通过观察艇体周围流场分布特性，分析了航行体回转运动中受到的垂向力及俯仰力矩的产生原因，讨论了多种操舵角度下航行体回转过程中垂向力和力矩的变化规律。

本文基于CFD–DEM方法对碎冰域中船舶斜航时的冰水动力进行了数值预报。计算结果表明，与定常、稳定的水动力部分相比，时域冰力呈现非定常、随机脉冲群的特征。文中对这一特征形成的机理进行了阐述，并根据船舶巨大惯性的特点，提出了以该船操舵频率为界，将冰力分成用于运动预报的低频量，以及用于振动及结构损伤评估的高频量。鉴于滤波后的低频冰力依然是随机量，本文除了继续采用传统的“时间平均法”提取冰水动力的解析表达式外，还提出了一种“随机取数法”，用于提取时域曲线中不同漂角或角速度对应的冰力。因此，船舶的操纵运动预报将不再是一条确定的迹线，而是一个带区。文中创新性地开展了冰力机理分析、滤波频率选取原则以及冰力随机取数法等方面的研究，可供碎冰域中船舶操纵性预报参考。

在船舶与海洋工程领域，流体力学分析对于设计和优化海洋结构至关重要。随着大数据技术的发展，数据驱动方法逐渐成为流体力学分析的主流。然而，现有方法在处理复杂的非线性关系时存在局限。因此，本文将复杂网络科学引入流体力学领域，重新定义了瞬态流场，并利用聚类方法简化了流场描述，有效捕捉了关键结构和特征。同时，运用网络理论描述了流体流动过程，揭示了其中的重要模式和相互作用。最后，构建了非定常流动力系数的模型，实现了对流体动力学中非定常行为的准确预测和描述。这一研究将网络科学与流体动力学相结合，为解决复杂流体力学问题提供了新的思路和工具，尤其对于船舶和海洋工程中的流体动力学问题具有重要应用价值。

回转机动是水下航行器的典型操纵工况，本文建立了基于CFD的水下航行器自航数值模拟方法，并针对航行器的回转机动水动力特性进行了数值模拟研究。该方法采用非定常雷诺平均方程（URANS）求解粘性流场，通过比例–微分(PD)控制算法及重叠网格技术控制航行器的操舵状态，从而实现水下航行器的定深直航及复杂机动模拟。基于该方法，对水下航行器在±20°舵角下的回转机动过程进行了模拟，并对右回转运动中的运动响应与流场特性进行了深入分析。研究表明，该自航数值模拟方法可有效捕捉水下航行器回转过程中的运动响应，模拟结果与实验数据吻合良好，关键响应参数的相对误差不超过7%；回转运动显著影响水下航行器的压力场、速度场及涡结构，尤其在平行中体内侧及尾流区域表现明显；随着艏向角逐步增大，流场结构趋于稳定，至艏向角约180°时基本达到稳定。

浸没式喷水推进器（SMWJP）比常规艉板喷水推进效率高，但在高速机动航行时推力明显下降。以一组定常斜航工况模拟横摆机动航行中SMWJP的工作过程。与直航工况相比，其扬程与效率在正向斜航时下降了20%和 17.6%，在负向斜航时则下降了40%和23.5%。基于评估流动损失的熵产理论，分解出SMWJP在斜航中熵产在各部件的分布规律。总熵产中湍流耗散熵产占比最大，达到了60%。其中叶轮过流熵产占比45%。进流管熵产占比最小，但是受斜航角影响最大。斜航导致进流管形成低能涡旋，侵入叶轮流道，造成吸力面前缘及叶顶区域高熵产区扩大，增加湍流耗散熵产。改进进流管设计，降低进流管对斜航的敏感度，是提高浸没推进器机动航行动力性能的关键途径。

本文基于修正的哈密顿原理，建立了深海粗颗粒矿石垂直提升管道系统的非线性动力学控制方程；随后通过Galerkin方法对方程进行离散，将偏微分方程转化为一系列常微分方程构成的方程组；最后利用特征值法以及Newton-Raphson迭代法对管道的稳定性特征进行了数值求解。系统分析了颗粒进料浓度、末端集中质量块、管道质量以及液相速度这四个关键无量纲参数对结构临界流速的影响。研究结果表明，当进料浓度C_v=0.1时，结构仅在前三阶模态发生Hopf分岔，失稳集中于这三阶模态；当进料浓度增加到C_v=0.3时，第四阶模态也发生Hopf分岔，且最小临界流速u_cr显著降低。当内流速度小于临界速度时，系统复特征频率虚部均为正值，结构振动形式表现为衰减振动；当内流速度大于临界速度时，系统的一阶复特征频率虚部会出现负值，结构振动呈现颤振失稳。当管道质量α保持不变时，系统临界流速u_cr随无量纲末端质量κ₅的增大而逐渐上升；当 κ₅保持不变时，随着管道质量α的增大，临界流速显著升高，呈现近似抛物线的增长趋势。

针对传统湍流模型在船舶操纵运动粘性流场中解析精度不足的问题，本文提出基于椭圆混合(Elliptic Blending，EB)湍流模型的水动力导数识别方法，以提升复杂操纵工况下船舶运动预报精度。以KCS船为对象，对比k-ε湍流模型、剪切应力输运(Shear Stress Transport，SST) k-ω湍流模型及EB湍流模型在流动稳定性与涡解析能力上的性能。基于EB湍流模型开展斜拖和纯艏摇仿真，识别水动力导数并输入MMG模型预报回转运动。EB湍流模型通过重构雷诺应力输运方程，显著提升近壁区强压力梯度流动解析能力：斜拖运动下精准捕捉舭涡聚集与非对称船艉涡演化；纯艏摇运动中有效表征艏涡强度与自由表面波动的动态耦合；在35°舵角回转预报中，战术直径与稳定回转直径平均偏差仅为3.34%和1.55%，较k-ε湍流模型精度最大提升30%以上。EB湍流模型在船舶操纵粘性流场模拟中展现出高保真度，能够精确识别水动力导数并可靠预报操纵运动，为实船航行安全评估提供有效工具。

基于10 MW半潜式浮式风机基础OO-Star，本文分析了入射波波谱特征对浮式风机动力特性的影响。基于ANSYS/AQWA软件建立了漂浮式风机水动力分析模型，采用莫里森方程和势流理论计算水动力载荷。在保持入射波高和谱峰周期不变的条件下，分析了波谱特征对浮式平台水动力特性的影响。结果表明：浮式风机的纵荡和纵摇响应幅值随着波浪谱宽的增大而显著增加，最大响应幅值可增大50%以上；纵荡和纵摇运动分布在更大的位移区间，运动响应的变化范围也相应增大。浮体垂荡响应的各个统计值随谱变化不大，表明波浪谱宽变化对垂荡运动的影响较小。随着谱宽的增大，锚链张力显著增加且变化范围增大，可能加剧系泊系统的疲劳损伤。

为建立舰载柜型设备内部冲击环境的智能预报方法，本研究以典型舰载电柜为对象开展冲击试验验证数值计算方法可靠性。基于行业调研数据建立参数化柜型设备简化模型，利用Abaqus二次开发构建批量化有限元分析平台，成功获取包含结构参数−冲击载荷−动态响应的1000组全要素数据集。针对传统回归模型的局限性，创新性构建深度神经网络（DNN）冲击响应预测模型，开发谱加速度、谱速度及谱位移的专用预测网络。通过网格搜索算法优化网络拓扑结构实现决定系数R² > 0.9，其中谱加速度预报归一化平均绝对误差为0.14，谱速度以及谱位移预报误差均低于0.1。引入SHAP（SHapley Additive exPlanations）可解释性分析方法，揭示安装频率、基础冲击环境的谱速度及板厚为冲击响应的主导因素，阐明结构参数与冲击载荷的耦合作用机制。研究成果为舰载设备抗冲击设计提供了高效分析工具与理论支撑。

当前潜艇推进轴逐渐向短轴发展，且具备多段、变截面、轴承油膜刚度可变等特点。现有解析方法以均匀梁为主，对多段变截面轴系求解存在不足。针对该问题，本文提出了一种基于Timoshenko梁振动理论推导的任意多段变截面变刚度支撑的推进轴系模态振型及振动传递解析计算方法，该方法求解效率高、与有限元结果吻合较好。基于该理论模型和计算方法，本文研究了轴承刚度变化、轴承模拟方法及轴承跨距对复杂推进轴系振动特性的影响。结果表明：该解析方法实用性强，能有效考虑轴承油膜刚度变化对轴系振动的影响，主要表现为随着轴承转速和频率增加，轴承刚度下降，推进轴固有频率降低；此外，轴系建模时轴承模拟弹簧数量建议在两根以上，轴承跨距则不应过大，应当参考真实轴承有效长度进行选取，否则将导致各阶固有频率偏差量增加。

深水系泊系统是半潜式平台结构基础设施，直接影响其作业安全及稳定运行。传统钢链式系泊系统因其自重大、易腐蚀等局限，难以适应深水/超深水海洋资源开发的迫切需求。碳纤维复合材料（CFRP）兼具质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳及耐久性等优异性能，为深水半潜式平台系泊系统选型设计及工程应用提供了全新解决方案。本文以南海某深水半潜式平台为对象，提出了一种钢链−CFRP缆−钢链三段式新型系泊方案，构建了钢链−CFRP缆−钢链与钢链−聚酯缆−钢链两种三段式系泊系统，建立了大型浮体−系泊系统耦合水动力分析模型，通过数值仿真对比分析了两种系泊下系泊张力、疲劳损伤及平台运动等动力响应特性。结果表明：相较于聚酯缆系泊方案，CFRP缆方案下整体刚度更高，平台纵荡、横荡、横摇、纵摇及艏摇方向固有周期更低，极限波浪条件下约束效果更优、平台稳定性与作业可靠性更高。此外，CFRP缆疲劳损伤量远低于聚酯缆，但会增大两端钢链疲劳损伤，尤其是底部钢链。上述研究结论初步证实了CFRP缆在深水半潜式平台系泊系统中的可行性及优异性，为其创新方案设计及工程应用提供了重要的数据支撑与参考价值。

针对船用重型设备的剧烈冲击防护需求，本文提出一种兼具耐高温、耐腐蚀特性的金属橡胶型冲击隔离器，可适应复杂海洋环境下的使用要求。该隔离器采用多金属橡胶串并联组合作为缓冲吸能单元，在保证大承载能力的同时，获得了良好线弹性工作区间，并通过并联线弹簧调配刚度与阻尼特性。构建冲击隔离器动力学模型，分析了刚度与阻尼特性对冲击隔离性能的影响规律，并通过试验测试验证了冲击隔离器的力学及抗冲击性能。结果表明，冲击隔离器在±9 mm的行程内具有良好的线弹性，平均刚度为7.45×10⁶ N/m，等效阻尼比约为0.43，极限承载6.5 t；2 t落锤从8.6 mm高度自由落体冲击下，冲击损耗因子达1.03，冲击传递率为0.0038，表现出了良好的抗冲击性能。本研究将为船用重型设备的冲击隔离器设计提供参考。

针对面内压缩载荷作用下I型金属夹芯板的极限承载问题，开展了I型金属夹芯板系列算例非线性有限元计算，对其典型失效模式和极限承载能力进行了分析，计算结果表明：面内压缩载荷作用下，I型金属夹芯板的主要失效模式为屈服或局部板格屈曲导致整体崩溃，其压缩极限强度与面板和芯板的柔度高度相关。由此提出了一种基于面板/芯板板格应力叠加的剖面极限应力简化计算方法。经与系列算例非线性有限元计算结果对比，简化计算方法的平均相对误差为−5.53%，与公开模型试验结果的偏差为5.45%，具有良好的精度，可为工程设计中I型金属夹芯板极限强度快速计算和构型参数设计提供技术支撑。

水下航行器水动力噪声预报精度与控制效果直接影响其综合性能。准确掌握脉动压力分布特征，是评估水动力噪声水平与开展低噪声设计的基础和关键依据。本文以水下回转体结构为研究对象，基于大涡模拟技术开展脉动压力数值仿真并分析了不同区域的分布规律；利用Q准则捕捉回转体结构各典型区域的涡结构，并结合涡量分布深入解析各区域脉动压力特性；通过将脉动压力仿真结果与试验数据比对，验证了仿真方法的准确性。在此基础上，开展了水下航行器舷侧阵区域脉动压力控制方法研究，提出在舷侧阵前端与艇体过渡位置增设导流圆角；研究表明，该措施可有效抑制因舷侧阵几何突变诱发的马蹄涡，使典型位置处的脉动压力总级降低5 dB以上。