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。

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。

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。

路径规划是无人艇实现自主航行的关键技术之一，良好的路径规划方法对无人艇的智能化发展具有重要意义。而在已有的路径规划研究中，并未考虑无人艇的操纵性能。为了使规划的路径具有较短的航行时间、路径长度以及较优的路径跟踪能力，需将无人艇自身的操纵性能与路径规划算法相融合。为精确地预测船舶的操纵性能，本文以槽道型无人双体船为研究对象，通过CFD技术开展斜航、纯横荡和纯艏摇三种平面运动机构仿真试验，使用不同水动力模型对仿真结果进行拟合，计算得到相应的水动力导数。同时采用MMG模型，建立船舶操纵运动数学模型，模拟无人双体船的回转运动和Z形运动，分析不同水动力模型对仿真结果的影响，并实现无人双体船的操纵性预报。

近年来，船东对船舶在实际运营的真实海洋环境中的航行性能越发关注。目前，船舶设计主要基于静水中性能开展优化，与实际海况具有一定的差异。本文针对船舶风浪中的快速性影响因素开展研究，以系列油船、散货船和集装箱为研究对象，采用二维切片法计算在典型海况BF6和BF8下的波浪增阻，并采用图谱法对螺旋桨进行重新设计，研究船舶主参数及螺旋桨轻转裕度对风浪中船舶性能的影响。结果表明：主参数对于油船和散货船的波浪增阻影响较大，对集装箱船影响较小，因此在船舶风浪中性能优化时需要根据船型分别考虑；此外，随着螺旋桨轻转裕度的增加，船舶静水和风浪中的推进效率降低，船舶在恶劣海况下低速航行所需的收到功率越低，船舶功率的预留空间更加充足。

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。

某些抗冲击性能薄弱的舰船设备具有以下特点：空间占比小、冲击载荷多变且较大、负载动态变化，并需要满足刚柔状态转换及被动式工作的隔振需求，而传统的隔振装置已无法满足这些需求。基于此，本文首先提出一种新型集成式双向隔振装置，并进行相应的结构设计；其次，建立隔振装置的动力学模型，预测其在复杂载荷作用下的动力学响应，并进一步探索频率和阻尼比对隔振装置抗冲击性能的影响；最后，搭建隔振装置试验台架，验证结构设计与理论分析的合理性。结果表明：冲击载荷与动态摇摆载荷的作用方向会影响隔振装置的抗冲击性能；同向作用会提升性能，反向作用会降低性能；随着频率或阻尼比的增大，隔振装置的抗冲击性能逐渐下降，因此需结合关键指标对其进行优化。隔振装置的试验测试结果曲线平滑无畸变，理论计算结果与其总体趋势基本相同，验证了结构设计与理论分析的合理性。本研究结果可为舰船抗冲击性能薄弱设备的隔振抗冲击设计提供有益指导。

为理解船首形状对冰载荷的影响，同时为前期的船首线型设计提供指导，基于半经验公式法开展船首形状对破冰型LNG船冰阻力的影响研究。首先，总结不同冰况下适用于货船冰阻力估算的半经验公式。然后，根据半经验公式估算结果与冰池试验结果的对比，确定适用于不同冰况下LNG船冰阻力估算的半经验公式。对比结果表明，Lindqvist公式适用于层冰的冰阻力估算，Zuev-Dobrodeev公式适用于破冰航道的冰阻力估算，Dobrodeev公式适用于碎冰航道的冰阻力估算。接着，分析所选公式中关键参数对冰阻力的影响。船宽、水线角、首倾角等描述船首形状特征的参数对船舶的破冰性能影响较大。在所有冰况中，冰阻力均随船宽的增大而增大，冰阻力随水线角的增大而减小。在层冰和碎冰条件下，冰阻力均随首倾角的增大而增大。较小的船宽、较大的水线角和较小的首倾角有利于降低冰阻力。最后，通过增加水线角和减小首倾角对船首形状进行优化，优化船首后的LNG船在层冰工况下可降低9.9%的冰阻力，在碎冰工况下可降低11.3%的冰阻力。