针对基于深度学习的故障诊断方法聚焦于单一模态且需要大量训练数据的问题，提出一种基于相关熵和格拉姆矩阵支持向量机(GMSVM)的船舶推进轴系故障诊断新方法．首先，计算多模态监测信号片段间的相关熵矩阵，揭示不同监测信号的空间相关关系，并削弱监测信号中异常值带来的干扰；然后，通过矩阵对数运算，将相关熵矩阵从黎曼流形空间映射到欧式度量空间，增强信息表征能力，并提取故障关键特征；最后，构建格拉姆矩阵支持向量机，实现小样本下的故障识别．实验结果表明：针对15个不同的工况，提出方法在每类1个和5个训练样本下的平均诊断精度分别达到94.31%和99.68%，显著优于其他基于深度学习的方法．

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法，引入对称轴处人工黏性项，提升对称轴与流体界面的稳定性；采用粒子分裂融合技术实现粒子分布均匀，从而构建高精度的轴对称SPH模型．基于该模型，开展不同长径比下柱形高能炸药水下爆炸模拟．首先，开展收敛性分析并与试验结果验证本文模型精度，对比近场载荷及气泡形态演化，轴对称SPH结果与试验结果符合良好．其次，开展不同长径比下冲击波传播和气泡形态演化规律研究．计算结果表明：柱形装药近场水下爆炸载荷具有方向性，径向载荷大于轴向载荷，且随着长径比的增大，径向载荷显著增大；受长径比影响，气泡的形态呈现椭圆或类球形，且随着长径比的增大，单位质量的气泡体积减小．

为测试船舶自主避碰与智能控制算法在不同风险场景下的性能，提出一种船舶会遇场景的数据驱动生成方法．基于船舶四元数领域随机生成海量会遇测试场景，采用模糊碰撞风险指数(Fuzzy-CRI)将场景数据进行预分类．基于BP(反向传播)神经网络构建了场景数据压缩网络模型，通过对所分类数据逆向训练得到不同风险等级下的船舶会遇场景．给定不同风险等级与会遇态势，该模型能够自动生成测试场景．再次使用Fuzzy-CRI对模型训练结果进行验证，结果表明：训练所得场景自生成模型准确率在85%以上，同时模型所占用的存储空间小，检索效率高，能够为智能航行规划与控制算法提供不同风险度的测试场景．

为避免工业载流管路运行中的共振问题，提出一种基于管路马脚支撑刚度修改的载流管路固有频率优化配置的新方法．该方法利用管路局部位置处的频响函数数据建立固有频率优化配置的目标函数，通过多目标遗传算法优化求解支撑的最优刚度．与传统方法相比，该方法以少量实测的频响函数作为输入，不涉及载流管路的数值仿真模型，避免了建模误差和大规模矩阵的数学运算，计算时间少，结果精度高．基于灵敏度分析给出参与刚度修改的支撑选择方法，帮助选择出最少数量的弹性支撑完成管路固有频率的优化配置．以L型载流管路为例，从数值和实验两个角度对提出方法进行验证．结果表明：提出方法可以准确实现L型管路前三阶固有频率的优化配置，且所需的计算成本仅为传统方法的1.2%．

针对当前泵喷推进器转子设计对设计经验依赖性强、设计周期长等问题，提出了数据驱动的泵喷推进器转子优化设计方法．以环量分布为设计变量、高精度数值流场为驱动数据，基于在线Kriging模型结合单目标智能优化算法寻找满足设计需求的转子．对于每种环量分布，基于轴流泵升力设计理论，采用预训练的Kriging模型预测剖面上叶栅的性能，并采用NSGA-Ⅲ多目标优化算法确定剖面参数．使用计算流体力学方法评估设计点的水动力性能，以此驱动优化算法寻优．结果表明：该方法能够在有限次数值仿真内完成泵喷推进器转子设计，在设计工况下具有最高敞水效率60.86%，自航效率达75.16%，设计效率高，结果合理可靠；参数化环量分布能够有效控制泵喷推进器性能，其与泵喷推进器的性能之间的关系具有多峰性，设计中采用优化算法有效．

针对当前迁移诊断方法依赖人工标签数据的多样性，提出的迁移策略不能适应工况的变化，在有限的标签数据下不能精准地挖掘域故障不变特征，导致方法的诊断性能随电机运行工况变化而降低的问题，提出了一种原型相似域自适应神经网络(Proto-DANN)．该方法固定以某一工况的有标签数据作为知识源域，将其他工况的无标签数据作为学习目标域，采用原型网络距离相似对齐域之间的特征分布；使用元训练对源域网络进行内部监督训练，使用虚拟标签反向传播算法对目标域的网络进行外部无监督训练，通过内外循环训练的方式减少域之间特征分布差异，识别电机在变工况下的无标签故障．结果表明：提出的方法具有良好的诊断性能和较强的泛化性能，能准确地识别电机在变工况下的无标签故障．

为推动气层减阻技术在内河运输船舶上的应用，探索枯水期狭窄航道对气层减阻效果的影响，在通过模型试验验证数值计算精度的基础上，以一条在船底开设凹槽并喷气的江海直达船为对象，开展不同航道宽度下气层减阻数值模拟，分析航道宽度变化对船底气层形态和减阻效果的影响规律．研究结果表明：随着航道宽度减小，船底气层波动波长变长；受阻塞效应和池壁回波干扰的影响，当航道宽度较小时，船底气层会出现局部破碎；当航道宽度和船宽之比为4时，航道宽度已经对气层减阻效果产生了影响，造成减阻率的大幅降低，但随着航道宽度进一步减小，减阻效果开始逐步提升，相对减阻率和绝对减阻率随航道宽度变小总体呈增大趋势；航道宽度的改变对摩擦阻力减阻率影响不大，船体周围流速及压力分布变化导致黏压阻力减阻效果的降低是造成总阻力减阻效果降低的根本原因．

为探究模型尺度下环境湍流强度对短弦长螺旋桨水动力性能的影响，在数值模型验证的基础上，采用雷诺时均方法(RANS)和γ-Reθ(间歇因子-转捩动量厚度雷诺数)模型对不同湍流强度下的短弦长螺旋桨水动力特性进行了数值预报，并从桨叶边界层流体的流动状态和流动现象方面对计算结果进行分析．设计进速系数下的研究结果表明：当湍流强度WTI<0.03时，螺旋桨推力和扭矩随湍流强度增大而增大，当WTI=0.03时，推力达到峰值，当WTI>0.03时，扭矩依然呈增大趋势，而推力几乎不再发生变化；模型尺度下目标桨表面流动复杂，当WTI=0.01时，桨叶表面完全被层流覆盖，且叶背随边的内外半径处分别存在流动分离和横流现象；随着湍流强度增大，桨叶表面层流区缩减湍流区扩张，流动分离和横流现象减弱；当WTI=0.1时，桨叶表面完全被湍流覆盖且不发生流动分离和横流现象．

基于数值方法探索了纵缝式开孔对水下航行器水动力噪声的影响．通过低噪声重力水洞试验验证了水动力噪声数值方法的有效性，在此基础上，以Suboff缩比模型为研究对象，采用大涡模拟、DES(分离涡算法)、FW-H方程和流激噪声理论，开展了网格无关性分析，探究了纵缝式开孔水下航行器流噪声和流激噪声特性，确定了不同航速下水动力噪声主导分量．计算结果表明：表面开孔破坏了壳体的连续性，扰乱了流体的流动，增大了航行体表面的脉动载荷，进而使水下航行体流激噪声大幅增加并成为水动力噪声主要分量；在3 m/s航速下，水下航行器开孔后的流噪声减小，流激噪声增大，二者叠加后的水动力噪声增大，随着水下航行器航速的提高，流噪声及流激噪声均有不同程度的提高，但流激噪声始终是水下航行器开孔后水动力噪声的主要成分．

为了解决主推进器与舵相互影响和桨桨干扰对动力定位船的推力分配的影响问题，推导并建立了海洋石油278船过驱动矢量推进系统的数学模型，提出了一种基于二次规划法的改进推力分配方法．该方法引入了舵对推力分配的影响，将桨舵组合推进器视作一个有角度限制的可回转推进器；同时针对非凸的推进器回转角度禁止域进行凸化处理，将约束条件线性化，并优化推进器回转方向的策略，避免因桨桨干扰导致的推进器局部饱和问题，可实现推力资源的优化配置．仿真验证结果表明：所提出的改进分配方法可以有效解决推力分配中相邻推进器之间的尾流干扰问题，并解决与主推进器和舵的组合对推力分配影响的难题，可实现动力定位船推进系统的推力合理分配和三自由度运动控制．

基于船体分段AM模型抽取的离散数据与三角剖分数据、吊装工艺信息、起重设备信息等，提出了船体分段吊点布置优化算法；基于高可靠的AFT-Delaunay(自动有限元-德劳内)网格生成算法，以及包含控制算法、单元计算与本构计算扩展接口等功能的有限元分析框架，开发了面向船体分段吊装工艺的多功能集成设计系统；为解决船体分段吊装工艺设计环节中的吊点布置自动求解问题、船体分段吊装过程工艺动态仿真问题、眼板与分段的网格剖分问题及有限元自动计算等问题提供了自动化解决方案．最后以某原油船的舭部分段为例，对比商业有限元软件MSC.NASTRAN与本系统在有限元计算结果、网格剖分及有限元可视化显示等方面的功能，证明本系统在船体分段吊装安全性评估方面达到与商用有限元软件相当水平．

针对艉部伴流作用下螺旋桨激励载荷难获取等问题，基于计算流体动力学结合LES(大涡模拟)方法开展了艉部伴流作用下螺旋桨激励载荷特性研究，建立了艉部伴流作用下螺旋桨激励载荷的预报方法及流程，并通过标准桨与公开文献中实验结果对比验证了方法的有效性；分析了艉部伴流作用下螺旋桨周围涡系分布，探究了来流速度和转速参数对螺旋桨激励载荷的影响规律．研究表明，艉部伴流作用下，螺旋桨后方形成包括梢涡、随边涡及毂涡在内的旋涡系统，且螺旋桨激励载荷均随着来流速度和转速的增加而增大，在2~5 m/s的来流速度范围内，速度每增加1 m/s，尾翼后方平均脉动压力总级增大约5 dB，而转速变化带来的影响较小．

针对重载海船艉轴承在低转速条件下容易发生摩擦和磨损损伤的问题，提出基于离散单元法和改进的Hertz-Mindlin黏结接触模型，对海船艉轴承初期磨损、磨合磨损和稳定磨损阶段中摩擦副的状态进行数值研究．通过分析摩擦副黏结面的法向和切向应力变化，结合艉轴转速导致油润滑多相流场的油膜厚度和油膜压力分布不均匀的现象，获取低速重载艉轴承底部磨损量、磨损面积和摩擦面劣化度的特征数据．结果表明：艉轴承底部区域首先产生磨损现象，随后磨损面积逐渐扩张到压力集中区，艉轴承摩擦副金属间的磨损量逐渐增加，磨损率呈现出先增加后减小至稳定值的趋势，磨损率变化符合理论磨损过程曲线变化规律．

为了获得畸形波波长，分析畸形波传播特性，以典型恶劣海况畸形波为原型，在大型拖曳水池模拟了基于波列叠加模型获得的包含畸形波的目标波列，采集得到波面升高的时间历程，分析了波面的时空演化过程，最大波高和有义波高及其比值、波幅谱、峰度和偏度的沿程变化，以及不同位置的波高超越概率；利用定点波浪时历，提出了畸形波空间轮廓的线性重构方法，获得了畸形波发生时刻的空间轮廓及波长．试验结果表明：模拟得到的畸形波具有显著的非线性波浪特征，形成畸形波的过程中，相位聚焦效应对偏度影响不大，对峰度及较大波高的超越概率影响较大；基于定点波浪时历利用线性重构获得的畸形波空间轮廓与试验结果符合较好，典型恶劣海况畸形波波陡(波高/波长)为0.06~0.08，畸形波实型波长为215~250 m，与中大型船舶船长尺度相当；基于波列时序定义的畸形波波高明显高于畸形波空间轮廓给出的实际波高．

以船厂自主研发设计的大型集装箱船B型液化天然气(LNG)燃料舱为研究对象，分别采用国际规范计算和水动力预报方法，开展液舱加速度载荷分析比较；并基于断裂力学理论，以长期分布服从Weibull分布的随机载荷作为疲劳载荷应力范围，结合修正的应力强度因子公式、参考应力计算，开展裂纹扩展分析和疲劳评估方法研究，并完成了与S-N曲线法的对比研究；最后，针对实船建造精度对结构疲劳寿命的影响开展参数化分析．结果表明：结构错位、焊接角变形和初始裂纹缺陷对B型LNG舱的结构疲劳寿命影响较大，采用船级社推荐值来分析裂纹扩展过于保守，建议船厂依据实际的建造公差与精度控制水平开展B型LNG舱疲劳寿命评估．

采用全非线性边界元理论方法，对二维NACA0012翼型自由运动状态下的入水过程进行仿真研究．物面形状与自由液面均为全非线性边界条件，采用在时域步进的局部坐标系方法对曲面边界与时变自由液面的交点进行更新，并用截断方法处理射流区域．首先，对不同约束条件下机翼的入水过程展开数值模拟．然后，对不同密度、弦长工况的模拟结果进行对比，给出了自由液面变形、压力分布、受力、附加质量、速度、加速度等结果．结果表明：在入水过程后期，自由入水工况下机翼的压力与受力均大于匀速工况，同一位置的自由液面变形差距较小；不同密度的机翼入水的自由液面变形、受力与压力分布的差别较小，但运动加速度差距较大；弦长更大的机翼入水的运动速度增大越快，受力和首部压力也越大；无因次附加质量仅与机翼入水的浸深有关．

采用开源软件OpenFOAM中的两相流求解器interFoam对波-流联合作用下方箱-墙面系统窄缝内的水波共振问题进行了数值模拟，分析流速、入射波波高及窄缝间距对窄缝内水波共振的影响．通过改变流速、入射波波高和窄缝间距来研究窄缝内波高和作用在方箱上的水动力峰值的变化，揭示了波高和水动力峰值随这些参数变化的规律．计算结果和相关文献的比较验证了本文数值模型的可靠性．研究发现：随着流速增大，共振时对应的无因次波数kh变小，而窄缝内波高和作用在方箱上的水平水动力峰值明显增大；入射波波高对共振频率影响较小，随着入射波波高变大，窄缝内波高最大值、水平力和垂向力最大值则总体变小；随着窄缝间距变大，共振时的无因次波数变小，波高最大值和水平力最大值则减小．

为研究潜艇附体流场精细流动特性，基于RANS(雷诺平均法)和IDDES(改进的延迟分离涡模拟)，求解了某潜艇模型在不同附体影响下的流场，并对潜艇阻力特性、流场特征、围壳尾流涡结构演化规律和桨盘面流场特性开展研究．结果表明：本文数值方法在围壳尾流能捕捉到精细涡结构，其中马蹄涡强度最高，梢涡次之，发卡涡由于持续扭曲变形，耗散较快，因此涡强度最低；在围壳尾流涡结构形成时间上，围壳梢涡形成最早，马蹄涡次之，发卡涡最晚；尾舵相比围壳引起艇体附近流场和压力场变化的区域小，但其引起的桨盘面处速度空间不均匀性和时间不均匀性比围壳大，且尾舵在与围壳共同影响桨盘面速度过程中，起主导作用．

以KCS为研究对象，采用RANS(雷诺平均)方法结合螺旋桨体积力法对其进行了不同重心下自航船舶操纵运动数值模拟研究．首先，进行了设计状态下KCS的回转运动和Z型运动数值模拟，对比了H-O体积力法、BEM(叶素理论)体积力法和真实螺旋桨法模拟结果的差异；然后，基于BEM体积力法进行了不同重心下的船舶回转运动和Z型运动数值模拟．结果表明：相比H-O体积力法，BEM体积力法和真实螺旋桨法求得的推力更接近且BEM体积力法可以考虑真实螺旋桨的侧向力；重心变化不仅显著影响着船舶水平面内的操纵性能，而且对船舶的横摇运动也有着不可忽略的影响，船舶水平面内的操纵性能和横摇运动之间的耦合作用不可忽略．

针对当舰船在实际海况中航行时，运动姿态剧烈变化会大大降低舰载机起降安全性的问题，在模块化神经网络(MNN)中引入长短期记忆神经网络(LSTM)和K均值(K-Means)聚类算法，形成复合的MNN-KMEANS-LSTM预报模型．先基于Fortran软件生成的仿真模拟数值进行模型训练及最佳参数保存，后基于舰船船模试验运动数据进行参数调用和姿态预测，其预报损失值最低可达1×10-5数量级，拟合系数最高可达0.98．同时，将MNN-KMEANS-LSTM模型与径向基函数、门控循环单元神经网络进行比较，分析强非线性非平稳海况下不同模型的预报性能．最后，借助Python语言的第三方库(PyQt)，开发了舰船运动姿态显示平台，并承接上述理论研究成果，基于软件界面的三大功能，以模型的自适应性满足在线计算要求，实现了人机交互，为舰船工作人员配合舰载机起降提供预判参考．

针对单桩式海上风机的应变获取困难问题，建立了一种基于模态扩展的加速度估计应变的方法，通过积分后滤波的方法将加速度转换为位移，使用结构的位移模态矩阵和应变模态矩阵推导了位移-应变转换矩阵，将位移转换为应变．首先，通过悬臂梁的数值模拟和试验验证，验证了该方法在简单结构中的适用性和准确性．随后，以单桩式海上风机为研究对象，在关键位置处得到了应变分布，实现了应变的准确估算．在研究中，为评估方法的精度，采用时间响应保证准则(TRAC)对估算结果和实测应变进行对比分析．结果表明：在不同工况下，所有关键位置的TRAC值均接近于1，表明估算应变与实测应变具有较高的一致性，验证了方法的可靠性和较高精度．

在复杂的海况下，为及时应对海上溢油事故，制定科学合理的溢油应急体系，仅考虑风况和潮流场对某海域溢油风险的影响是不足的，还应考虑风摩擦及波浪两个因素．以京唐港海域为例，基于水动力模块对渤海海域建立二维潮流场大模型，为京唐港海域小模型提供可靠的边界条件，经实测资料验证水动力模型可靠后，采用欧拉-拉格朗日“油粒子”理论对粒子进行追踪，建立溢油风险预测模型，通过油膜的运动轨迹和扩散程度等分析风摩擦和波浪对溢油风险的影响．结果表明：风摩擦随风速的增大而增大，使风与油膜之间的作用力增强，导致油膜的扩散风险程度增加；考虑由风流产生的波浪因素后发现，波浪场会推动海上油膜的输移过程和风化过程，使油膜的扩散面积增加及海上剩余残油量减少．

为解决测井仪在深井勘探作业中面临的超高温难题，采用Nelder-Mead(单纯形)算法结合有限元仿真的方案，对现有的井下电子器件被动式热管理系统进行结构优化设计．在系统总长度不变的限制下，以电子器件运行温度最低为目标，根据仿真结果不断调整隔热塞和吸热体的长度．在迭代计算68次后得到最佳的结构参数．仿真结果表明：来自外部高温环境的漏热占热管理系统总储热的60%以上．经过优化后，系统具有更好的热管理性能．环境漏热量下降了10.4%，内部电子器件的工作温度降低了17.06 °C．对优化后的超高温井下热管理系统进行实机加工和实验测试，实验结果表明：系统在245 °C环境温度下运行19 h后，内部电子器件温度仍低于140 °C，验证了系统的实际热管理性能．