随着海上浮式风机的不断发展，其定位能力逐渐得到学术界和工程界的重视。畸形波因其自身能量大、突发性强、非线性突出的特点对浮式结构破坏性强。本研究以Maridea公司设计的Moray-Base新型浮式风机构型为研究对象，基于势流理论建立了含系泊系统的有限元模型。为进一步提高数值模型的准确性，开展了水池物理模型试验，并设计了五套系泊方案，通过经物理模型试验修正的数值模型进行定位能力研究。论文重点研究了畸形波作用下五种系泊方案的运动响应和锚链张力特性，为浮式风机系泊系统设计提供参考。

针对波浪中航行船舶的二阶力（矩）问题，本文引入虚构控制面将船外流场分为内外两部分，在内域计及船体定常绕流影响，根据流场的连续性构建多域耦合势流模型。采用九节点二次单元离散流域边界，利用Rankine源处理船体近旁复杂边界条件，推导控制面上的高阶移动脉动面源格林函数（即移动脉动源格林函数在高阶面元上的解析积分公式），建立了一种高阶移动脉动面源−Rankine耦合法。在此基础上，基于弱散射假定，建立斜浪中二阶力（矩）公式，并自主开发数值计算程序对不同船型在不同浪向下航行时的纵/横向二阶力以及艏摇二阶力矩进行计算分析。通过对比与分析发现，无论是迎浪还是斜浪，本文方法计算结果在变化趋势和精度上均与试验值吻合良好，相比传统基于高斯积分公式的高阶移动脉动源法和低阶常值元法更为稳定、精度更高，对于不同船型和浪向具有良好的普适性。

在槽道湍流流动中，传统的脱体涡模拟方法（DES）由于建模尺度分配不合理，对湍流结构细节的捕捉能力存在显著不足。DDES模型在预测流向平均速度时精度有限，容易出现对数律层不匹配的问题；尽管IDDES模型能够有效避免这些问题，但在近壁区域对二阶统计量的预测仍然存在较大误差。WM-HRL（Wall-Modelled Hybrid RANS-LES）作为一种改进的混合方法，通过预先划分RANS与LES区域，可更合理地分配建模尺度。本文基于WM-HRL模型，系统研究了其在$ {{Re}}_{\tau }=395 $湍流槽道流中的表现，并与 DDES、IDDES及直接数值模拟（DNS）数据进行了对比。研究结果表明，WM-HRL模型能够更准确地预测近壁湍流结构和雷诺应力分布，克服了传统DES方法在近壁区域的局限性。

浮力块主要用于提供浮力以改善立管的张力分布。覆盖浮力块的立管在洋流作用下呈现更复杂的流固耦合现象，目前对于其水动力认知仍不充分。本文开展了覆盖浮力块的刚性立管模型静水拖曳试验，基于立管-浮力块构成的水动力单元研究了均匀流中浮力块不同布置间距和外径下的阻力和升力特性，通过小波变换对横流向升力的时频特性进行分析，主要结论如下：相比于裸管，浮力块的阻力系数因长细比较小而产生折减效应，降低至约0.9；当浮力块和立管的外径比为3.52时，在立管和浮力块的雷诺数均大于10⁵时，水动力单元的升力系数RMS值显著增加，在浮力块和立管长度比为1时，最大达1.2；浮力块立管的升力主导频率随时间跳跃变化，变化范围大于立管和浮力块的泄涡频率。

本文以湍流边界层壁面脉动压力为研究对象，从边界层脉动压力的控制方程出发，详细推导了边界层脉动压力在全波数段的统一无量纲表达形式，重点分析了马赫数对脉动压力自谱、波数−频率谱的影响规律。通过开展声学风洞和水槽中圆柱边界层脉动压力测量试验，获得了不同马赫数下（0 < Ma < 0.176）圆柱边界层脉动压力数据。基于试验数据分析，最终验证了上述关于马赫数影响规律分析的准确性。

船舶在海上作业时会受到波浪的扰动，造成船舶多自由度的复合运动，极大影响船舶在海上作业时的稳定性。因此，本文提出一种CNN-BiLSTM融合的预测模型，对船舶姿态进行实时预测，并设计双层Stewart平台补偿机构，以实现对船舶运动的有效补偿。为消除传感器延时与噪声的干扰，首先用SG滤波器（Savitzky-Golay）对南海采集到的2011个船舶姿态样本数据进行滤波，并使用CNN-BiLSTM融合预测模型对姿态数据进行预测，该模型显著提升了船舶姿态预测的精度。进一步通过闭环矢量法构建平台运动学模型，利用预测后的数据对双层Stewart平台进行补偿，实现底层平台模拟波浪扰动与顶层平台动态补偿的协同控制。实验数据表明，该研究能够取得良好的船舶姿态补偿效果，为海上无人机平稳降落提供了可行的解决方案。

桨前节能导管作为一种高效节能装置被广泛应用于运输船舶。本文以某散货船为研究对象，采用CFD技术建立船舶操舵状态下桨前节能导管水动载荷数值分析方法，并通过收敛性分析以及与相关试验数据的对比，验证了本文方法的准确性。基于该方法，研究了排水体积、航速、舵角及舵速等影响因素对桨前节能导管水动载荷的影响规律。结果表明，船舶排水体积越大，桨前节能导管各个方向所受水动载荷越大；航速和舵角的增大均会增大导管各方向水动载荷；舵速对导管的水动载荷几乎没有影响。

利用船舶运动传感数据实时反演真实海洋中的波浪参数对船舶性能研究具有很高的价值，相比于直接测量方法，这种间接反演方法在实时性、投入成本和安装简便性方面均更有优势。本文基于势流理论，通过线性叠加原理获得波浪诱导船体运动传递函数（RAO），结合卡尔曼滤波（KF）技术，提出了一种波浪参数时频反演模型（简称KF模型），目的在于基于船舶多自由度运动反演随机多向波浪的波高时历和方向谱。通过生成带有噪声的船舶多自由度运动模拟信号作为输入进行测试和验证，结果表明，KF模型可以有效反演各主浪向、各级海况的方向谱和波高时历，有义波高反演相对误差最大为10.08%，表明了KF模型具有反演真实海洋环境中波浪方向谱的潜能。

冰在高应变率下的动态力学行为对极地工程安全和冰−结构相互作用研究具有重要意义。本文基于改进的制样工艺和分离式霍普金森压杆（SHPB）系统，对−20 ℃下纯水冰在1054~1972 s⁻¹区间开展了高应变率单轴压缩试验。结果表明，纯水冰在该区间内表现出典型的应变率敏感性：峰值应力随应变率由13.2 MPa增至25.1 MPa，增幅约90%；峰值应变则未呈单调变化趋势，分布较为分散。应力−应变曲线整体呈尖峰形态，在峰值后迅速衰减，并在应变约0.05~0.06时形成1~7 MPa的残余承载平台，高应变率下表现出“延迟失稳”特征。高速摄像结果揭示了破坏的阶段性过程，包括裂纹萌生、宏观裂解与颗粒化粉碎，与峰后残余承载平台相呼应。在近似应变率条件下，峰值应力仍存在约15%~20%的离散度，提示未来本构模型需引入微观结构或统计性参量以提高预测能力。跨文献对比显示，本研究结果整体落入已有响应区间，但在制样、控温与加载控制方面具备更高一致性与可靠性。本文补充了−20 ℃下纯水冰的高应变率数据库，揭示了其应变率敏感性、残余承载机理及破坏阶段性特征，为寒区工程动力响应分析和本构模型构建提供了试验依据。

相较于传统船舶轴系刚性支承方案，弹性支承轴系中的轴承载荷更易受外界扰动影响。针对船舶下水后不同运行状态下轴承载荷难以直接精确获取的问题，本文提出一种基于迁移学习的弹性支承轴系轴承载荷预测方法。该方法重点考虑由气囊隔振器压力变化所引起的垂向扰动力对轴系的影响，通过在轴系安装调试阶段采集特征区域应变与气囊压力数据，结合有限元仿真数据，采用GA-BP神经网络算法构建轴承载荷预测模型。实测数据表明，该方法对未训练工况仍具有良好的泛化能力与预测精度，平均误差为8.8%。

针对高速船舶砰击应力响应疲劳评估难题，本研究基于小型高速铝合金船艏部实测数据，结合两种典型纵骨穿舱结构疲劳试验，运用线性累积损伤理论，分析应力响应与疲劳损伤。研究证实，砰击压力下应力响应具有显著冲击特性，应力幅值不再服从瑞利分布。结果表明：试验工况连续航行212小时测量点便可能产生疲劳裂纹。该成果深化了对砰击应力动态特性的认知，为高速铝合金船纵骨穿舱结构抗疲劳设计提供参考。

随着复合材料在航空航天、船舶及汽车等领域的广泛应用，其连接结构的性能优化成为关键挑战。本文针对胶接、螺栓连接及胶螺混合三种复合材料连接形式，通过试验与数值模拟相结合的方法，系统分析了胶层厚度、螺栓预紧力及孔隙率等参数对节点力学性能的影响，并基于响应面法（Response Surface Methodology，RSM）对关键参数进行优化。研究结果表明：胶层厚度增加导致变形加剧但对极限承载力无显著单调影响；螺栓预紧力为3.0 N·m时实现刚度与强度的最优平衡，而孔隙率100%时通过变形补偿机制仍可达到接近低孔隙率结构的极限载荷。胶螺混合连接结合了胶接的应力分散与螺栓的抗剥离特性，其极限载荷较单一连接形式提升17%~40%。基于改进响应面法建立的二次多项式模型确定了胶层厚度0.58 mm、预紧力3.1 N·m、孔隙率93.0%为最优参数组合。

有机玻璃（PMMA）因其高透明度、轻量化及优良的耐压性能，已成为全通透载人潜水器耐压壳的关键材料。然而，PMMA材料本身的粘弹性蠕变行为对结构的长期可靠性具有显著影响，因此本文基于有机玻璃的粘弹性特性，探究PMMA耐压球壳的蠕变屈曲机理及其剩余极限承载能力。首先，通过蠕变拉伸试验，揭示应力水平和时间对PMMA蠕变行为的非线性影响规律。基于短期试验数据，运用时间−应力等效原理获得适用于不同应力水平的蠕变曲线，并讨论分析Burgers模型与修正Burgers模型的适用性。随后，基于修正的Burgers模型与数值模拟，分析初始几何缺陷、厚径比及工作深度等关键因素在不同蠕变时长下对球壳剩余极限载荷的影响规律。研究成果可为全通透PMMA耐压结构的设计、安全评估与寿命预测提供一定的理论依据和数据支撑。

为提高复杂船体非对称剖面极限弯矩求解的效率与精度，本文提出一种遗传增强贝叶斯优化与改进Smith逐步破坏法耦合的混合求解方法。首先，通过拉丁超立方抽样法对给定剖面曲率及增量进行抽样，构建试验设计并训练高斯过程（Kriging）代理模型；基于代理模型的后验均值与方差构造期望改进（EI）采集函数，通过遗传算法最大化EI选择候选样点，使得在保持计算量尽可能小的前提下最大发挥其全局搜索能力。然后，用受约束的无导数局部算子对候选解精化，并将高保真评估并入训练集，实现代理模型的迭代更新，以确保全局区域附近的局部搜索的精确性。最后，以Dow1/3护卫舰模型为研究对象，分别采用传统Smith、PSO-Smith与本文提出的方法，开展完整工况和破损工况下的船体剖面极限弯矩计算分析。结果表明：本文提出的方法与传统Smith相比，能够精确求解非对称剖面极限弯矩；与PSO方法相比，本法计算精度约提升了2%，计算效率约提高90%，验证了本文方法的有效性，具备良好的工程推广应用价值。

有限测点信息条件下精准预报水下结构辐射声场对结构减振降噪研究十分重要。本文以矩形板为研究对象，提出采用高斯积分点分布策略布置测点的方法，并采用L₁范数稀疏解重构结构表面振速场，结合声振传递函数实现水下结构振动辐射声场预报。针对有限测点信息条件，分析截断模态阶数、测点数目和测点布置方式对振动辐射声场预报值准确度的影响。结果表明，在中低频段内，高斯积分点分布策略能优化测点布置，与传统均布测点方式相比，可减少测点数目，为工程领域有限测点信息条件下结构振动辐射声场预报提供理论支持。