随着我国航运业从近海走向远海,恶劣的海洋环境对船舶的动稳性带来新的挑战,有必要对恶劣海况中船舶的大幅非线性运动进行数值预报研究。波浪是船舶在海上航行时遭遇的主要环境载荷,波浪环境的准确模拟是船舶水动力分析和运动预报的基础。本文介绍一种全非线性波浪理论—GN波浪理论,并基于此建立了船舶升沉-横摇-纵摇三自由度耦合的弱非线性数值计算模型,其中入射波浪力和静水回复力按照非线性计算方法在水面以下瞬时湿表面上求解,辐射力和绕射力按照线性计算方法利用脉冲响应函数的方法进行计算,根据动量定理引入了船舶外飘砰击力载荷。论文对GN波浪模型的波浪场进行了验证,同时对GN波浪理论和线性波浪理论生成的不规则波浪进行统计分析,研究了两者之间的差别;其次论文中利用所建立的数学模型对高航速的S175集装箱船进行了规则波浪和不规则波浪中船舶数值模拟计算,并将结果与模型试验的结果进行比较;最后利用所建立的数学模型研究了 C11集装箱船在规则波和不规则波中迎浪航行时的参数横摇现象。试验表明高海况中不规则波浪的波面具有非线性,峰谷值的概率分布偏离瑞利分布,并体现出峰值大于谷值的特点。论文通过对不规则波浪数值模拟结果的统计分析发现,GN波浪理论表现出与试验结果一致的现象。论文中对于S175集装箱船高航速状态下的顶浪规则波浪与不规则波浪中运动的模拟结果与试验结果符合良好,船舶运动幅值大于线性波浪理论的结果。文中同样证明所建立的数学模型适用于解决船舶的参数横摇问题,规则波中基于GN波浪理论的船舶运动数值模拟得到的船舶稳定参数横摇角度与模型试验相差不大,不规则波浪中累积足够多的横摇时历可以得到一个代表船舶在不规则波浪中横摇运动的稳定的参数横摇有义幅值置信区间。