随着传统陆地资源的不断开发消耗，水上新能源的开发利用成为新的趋势，由此出现了大量各式各样的水上浮式结构物。系泊系统作为保障水上浮式结构物安全平稳作业的关键，历来是业界重点关注的研究内容。本文针对目前已有的水上浮式结构物系泊系统进行大量的文献综述研究，归纳了水上浮式结构物的类型，从系泊系统的分类、布链方式、水底锚固基础型式和新型系泊系统方面分析了系泊系统的结构型式，讨论了各种系泊缆材料的各方面特点和优劣，根据已有的大量文献分析了系泊系统的静力特性和动力响应，综合根据系泊工程的水深、海底地形、地质、平台功能、风浪流条件、经济性等方面因素，给出各种系泊方式的适用性评价和推荐，并指出现有研究存在的不足，提出当前仍需进一步发展的研究方向。

焊接残余应力对于焊接结构疲劳寿命影响明显，同时焊接残余应力并不是一成不变的，随着裂纹扩展会发生重分布。因此，开展焊接残余应力重分布和裂纹扩展的耦合研究对于准确预测焊接结构的疲劳寿命至关重要。本文基于热弹塑性有限元法与扩展有限元法（XFEM），提出考虑焊接残余应力重分布和裂纹扩展耦合的疲劳寿命分析方法。以TC4钛合金拉伸疲劳试样为例，结合扩展有限元法，研究焊接残余应力随裂纹扩展的重分布情况，循环迭代计算得到裂纹扩展过程中裂尖前方焊接残余应力分布，以及焊接残余应力重分布下的疲劳裂纹扩展a-N曲线。计算结果表明，裂尖处焊接残余应力会随裂纹扩展先增大后减小，相比于将焊接残余应力视为恒定值，考虑焊接残余应力重分布的扩展有限元疲劳寿命分析方法能更准确地预报焊接结构疲劳寿命。

本文针对多无人艇分布式目标跟踪控制问题进行研究。在跟踪非合作目标的场景下，只有部分个体能够获取目标的状态信息。为了实现对非合作目标的快速安全跟踪，本文提出一种基于动态面控制的固定时间跟踪控制方法。首先，设计一种运动学和动力学解耦的分布式目标跟踪控制结构，以降低控制系统设计的复杂度。其次，提出一种基于动态面技术的运动学控制律，其中包含跟踪点预分配策略和避碰势场函数，可在跟踪过程中避免碰撞并优化运动学控制输出。最后，提出一种固定时间分布式目标跟踪控制系统，实现运动学和动力学误差的快速收敛。仿真对比结果验证了本文所提方法在提高目标跟踪安全性和减少控制输出抖振方面的有效性。

为了评估海洋装备用某型钛合金K-TIG焊接接头的疲劳性能和潜在应用前景，本文基于Basquin公式理论方法和统计学P-S-N概率分析方法，针对对接形式的钛合金焊接接头开展了高周疲劳试验和寿命预测模型研究。结果表明，海洋装备用某型钛合金焊接接头屈服和抗拉强度分别达到941 MPa和985 MPa，屈强比超过0.95，而塑性较低；钛合金焊接接头在应力比R = 0.1条件下以最大应力表示的高周疲劳强度为297 MPa，与抗拉强度的比值（疲劳比）仅为0.3；采用电子扫描显微镜表征疲劳断口特征和失效机制，结果表明，焊接接头的疲劳裂纹源萌生于焊缝焊趾处，疲劳裂纹扩展区出现了疲劳辉纹，瞬断区内有大量韧窝；基于Basquin公式分别给出了最大应力、应力幅、最大载荷与焊接接头疲劳寿命的中值曲线；同时，给出了不同存活率条件下的P-S-N疲劳评估模型。本文的研究对海洋装备结构服役安全评估具有参考价值。

在工程应用中，超大型浮体需要借助系泊系统实现海上定位。然而超大型浮体因其大长宽比的特征，整体刚度较低，在波浪作用下易产生显著的弹性变形，刚体理论无法考虑这种变形对系泊系统的影响，也难以预报系泊状态下浮体的结构动力响应。为此，本研究基于三维水弹性力学理论和细长杆系泊动力学理论，建立了超大型浮体与系泊系统耦合计算模型，该模型可同步计算浮体在系泊作用下的结构响应及系泊系统在浮体刚体运动与弹性变形共同影响下的动力响应，从而实现对系泊张力与结构响应更高精度的同步预报。本文采用该模型对三模块超大型浮体耦合性能进行了分析，获得了浮体典型剖面载荷响应和系泊缆张力。结果表明，该浮体的弹性变形显著改变了系泊点位移，导致系泊缆张力增量达到10⁵ N量级，最大增量达到其预张力的40%左右。

针对静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的临界屈曲载荷理论预报，本文基于Sander非线性壳体理论，结合圆柱壳变形几何方程以及纤维缠绕层的本构关系，推导出静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的屈曲控制方程；通过求解控制方程提出一种适用于静水外压下复合材料圆柱厚壳临界屈曲压力预报的解析方法；基于有限元模型对不同缠绕形式和缠绕角下的壳体临界屈曲压力进行对比计算，验证解析方法的准确性；基于解析方法，研究复合材料圆柱厚壳关键几何参数及材料设计对临界屈曲压力的影响。

波浪引起的船舶运动对海上作业的效率和安全有着重大影响。未来几秒钟内船舶运动的实时预测在执行敏感活动中起着至关重要的作用。然而，船舶运动时间序列具有明显的记忆效应，这给快速准确的预测带来了一定的困难。因此，本文提出了一种基于长短期记忆（LSTM）神经网络模型的实时方法来预测规则/不规则波迎浪中的船舶运动响应。采用15000 TEU集装箱船作为算例模型，对不同时间尺度的不规则波迎浪中船舶运动响应进行了数值预报和实时预测，并利用相关试验数据对结果进行了验证。结果表明，在非线性船舶运动预测中，所提出的方法比基于势流理论的经典极值短期预报更具可信度。

波浪与碎冰并存是极地冰缘区的显著特征，在冰缘区航行的船舶会遭受碎冰和波浪载荷的共同作用，现阶段针对单一波浪或碎冰条件下船舶冰阻力特性的研究比较丰富，而对波浪与碎冰耦合作用下的船舶冰阻力特性研究相对匮乏，这导致船–冰–波浪相互作用机理及其对船舶航行性能的影响机制尚不清晰。为探究波浪影响下碎冰区船舶的冰阻力特性，本文基于计算流体动力学–离散元（CFD-DEM）耦合方法，构建了波浪影响下碎冰区船舶航行的数值模型，首先，基于有限体积方法（FVM）建立数值波浪水池，并引入离散元方法构建碎冰模型，通过与理论和模型实验结果对比，验证了单一波浪作用和单一碎冰作用下船舶阻力模型的有效性，随后，分析了波浪影响下碎冰区船舶冰阻力特性，并探究了波浪参数以及碎冰密集度的影响。研究结果表明：波浪的存在显著影响了船–冰相互作用过程，使冰阻力呈现明显的周期性，波浪影响下碎冰区船舶的冰阻力始终大于静水碎冰条件下的船舶冰阻力，同时揭示了波长、波高以及碎冰密集度等参数对冰阻力特性的影响规律。

柔性软管是深海采矿系统中连接采矿车与中继站的关键纽带，以弯曲状态悬浮在采矿车上。本文基于之前开发的高浓度矿石颗粒垂直水力输送的一维模型（VHT_1D），通过将长距离弯曲管道离散成一系列斜管单元进行受力分析，将该模型适用条件从垂直管拓展到长距离弯曲管道。通过将拓展后的模型计算结果与计算流体动力学与离散元（CFD-DEM）双向耦合方法的计算结果进行充分对比，验证了该模型具有较高的精度。同时，进一步探讨了进料浓度和混合物输送速度等输入参数对管道内流态的影响，以此确定合理的输入参数范围，优化管道系统的输送效率。此外，通过对单峰与双峰长距离弯曲管道的水力梯度的对比分析，为输送泵的设计提供了依据。拓展后的模型在保证高精度的同时大大提升了计算效率，尤其适用于长距离弯曲管道。

全回转喷水推进器作为一种侧推或动力定位装置，应用需求日益增长。水动力特性是满足使用要求的关键因素，但针对其水动力特性的相关研究较少。因此，本文开展全回转喷水推进器水动力性能数值模拟研究。基于STAR-CCM+商业软件，采用多面体网格离散计算域，并采用定常RANS方法，对全回转喷水推进器在静水和有来流工况下的水动力特性进行了考察。在静水与有来流工况下，全回转推进器的水动力特性存在较大差别，其推力受来流大小和方向影响较大，推力的大小及指向性均发生变化，且转速越低，受影响越大。本研究揭示了全回转喷水推进器的推力损失与指向性发生变化的机理，并建议在实际运用中应根据工况评估其水动力性能，且尽量避免低转速运行，以确保满足水动力性能需求。