近年来,畸形波袭击海洋结构物的现象时有发生。作为一种具有巨大波高的瞬时波浪,畸形波成因复杂,伴随着一定的随机性,在与海洋结构物相互作用过程中往往会对结构物造成较大的破坏,引发海难事故。对于畸形波问题的研究主要有机理分析、实验考察及数值模拟等方式,其中,数值模拟因在模拟畸形波、分析畸形波与结构物相互作用问题时所具有的可重复性和适用性而受到学者的日益关注。光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）方法作为一种无网格粒子方法,在研究具有大自由面变形的波浪与结构物相互作用问题时具有特定优势。现阶段,采用SPH方法对畸形波进行数值模拟的基础理论尚有待完善,在传递函数构造、二次反射波消波、造波区域边界粒子判断、流场稳定控制等方面问题仍有待解决。如何准确和稳定地模拟畸形波成为运用SPH方法进行畸形波与结构物相互作用问题研究时首先需要解决的问题。本文通过对SPH方法的初始压力场赋值方法、固定边界处理方法及并行计算方法等问题的研究,分析指出提升SPH数值水槽流场稳定性及计算效率的改进方法。在此基础上,提出采用基于畸形波成分波包络叠加的无反射动量源造波方法,建立起畸形波数值水槽,验证畸形波数值水槽的准确性与稳定性,研究畸形波与二维、三维结构物的相互作用。论文的主要研究内容如下:一、SPH方法中初始压力场赋值方法的研究。初始压力场的赋值方式通常有两种:静水压力方法及弱可压缩假设方法;两种方法在状态方程及静水压力方程匹配性方面存在的差异将对初始流场稳定性产生影响。本文分析了规则边界、弧形边界及复杂边界模型条件下粒子数量、人工声速、人工粘性等因素对初始流场稳定收敛条件的影响,研究结果表明弱可压缩假设方法具有良好的鲁棒性,对于促进初始流场快速稳定,降低压力振荡现象具有显著效果。二、具有稳定、高效的高精度改进固定粒子赋值方法的研究。高精度的稳定边界处理方法对于抑制数值水槽非物理振荡具有重要作用。在对移动最小二乘法（Moving Least Square Method,MLS）、简化有限差分插值法（Simplified Finite Difference Interpolation Method,SFDI）、正则化方法等三种常用边界插值算法各自优势及缺点分析总结的基础上,本文引入一种改进的Shepard插值方法;通过对静水问题、溃坝问题、孤立波与结构物相互作用等问题的比较研究,结果表明改进Shepard方法计算精度与MLS（二次基）相当,计算效率是MLS（二次基）的10倍,是正则化方法的1.5倍。三、SPH数值水槽并行计算方法的研究。在消息传递接口（Message-Passing Interface,MPI）并行框架下,采用粒子对方法及动态负载平衡方法探讨SPH并行策略问题。对不同粒子数、不同进程条件下的并行加速测试结果表明:基于MPI的并行方法在大规模粒子数运算中加速效果显著,最大加速比接近17。四、基于无反射动量源的畸形波数值水槽造波方法的研究。通过对Peregrine呼吸子解特征分析,结合叠加原理及无反射动量源造波方法,提出基于畸形波成分波包络叠加方法的无反射动量源数值水槽模型。对具有不同非线性特征的畸形波模拟结果表明,畸形波无反射动量源数值水槽在模拟畸形波时压力场能稳定演化;畸形波无反射动量源数值水槽可获得较为理想的畸形波波形,波面时历均方误差不大于3%;畸形波无反射动量源数值水槽能较好地展现强非线性波面情况下畸形波波面破碎现象。通过对无反射动量源非对称数值水槽配置问题的研究,发现在非对称水槽中设置自由面演化区对于消除畸形波反射波是有效且必要的。五、畸形波与具有不同尺寸特征的二维固定式、浮式结构物相互作用问题的研究。首先,考察具有不同水平高度的二维平板上浪演化问题,研究发现上浪波形在甲板艏部前端区域内变化较为剧烈,甲板距离静水自由面越近,上浪动能、波浪坍塌及传播速度也相对越快。其次,以规则波与二维固定结构物作用研究为基础,研究不同的结构物尺寸特征条件下畸形波上浪过程与结构物负载关系,结果表明畸形波作用下结构物负载与波浪绕射传播能力密切相关,畸形波的绕射越显著,结构物所受水平荷载及力矩相对越小。最后,以规则波与二维浮式结构物相互作用研究为参照,考察畸形波作用下具有不同尺寸特征的浮式结构物运动响应问题,研究发现不同浮体各向负载历程变化情况大体相当,水平负载对波形变化的敏感性高于垂向负载及作用力矩。六、三维矩形水平甲板以及具有不同艏部线型甲板的畸形波上浪问题的研究。首先,考察畸形波三维矩形甲板上浪演化特征,分析各位置处不同时刻上浪过程,研究发现上浪流场以甲板纵向中心线为轴呈现出较好的对称特征,受甲板纵向中心线临近区域波浪汇聚效应影响,其传播速度快于其他区域。之后,研究艏部线型变化对上浪波面形态影响关系,对具有不同甲板线型结构的畸形波上浪模拟结果表明,上浪初期,波面推进形态与甲板线型的变化特征相适应,波面演化阶段,线型变化对畸形波上浪演化的影响是渐进式的。艏部线型变化对甲板上浪的影响突出表现在甲板中心线附近的汇聚区域当中,且随着波浪传播的推进,影响效果越发显著。