海洋中蕴藏着丰富的石油资源,随着石油开采不断地向深海发展,海洋环境变得越发恶劣,大幅波浪与海洋工程结构物间的相互作用呈现出显著的非线性效应。这对海洋工程结构物的安全非常不利,因此,不能忽视波浪与海洋工程结构物间相互作用的非线性现象。利用完全非线性时域势流理论,本文构建了非线性波浪与海洋结构物相互作用的三维完全非线性数值模型以及海洋结构物和系泊系统耦合运动模型。利用高阶边界元法(HOBEM)求解每一时刻欧拉格式下的混合边界值问题,并在拉格朗日格式下捕捉流体质点。基于入散射势分离技术,可将总速度势和总波高分解成两个部分。为了计算作用在结构物上的波浪力,引进一些辅助函数,而不是直接采用差分法来预测速度势的时间导数。通过这些辅助函数,不仅可以更加精确的计算波浪作用力,还可以将流固耦合模型进行解耦处理,从而使得对物体运动的计算与波浪力无关。为消除波浪反射所产生的不良影响,在模型的远场边界布置了人工阻尼层。同时,这样的处理也有助于进行长时间的模拟计算。由于本文所建立的数值模型是完全非线性的,自由水面和物体湿表面形状都是随时间变化的,因此运用弹簧近似法来更新重构自由水面动网格,采用背景网格插值方法对物体湿表面动网格进行更新重构,以避免可能的数值不稳定。在建立软刚臂系泊装置模型时,考虑了软刚臂系泊装置的结构形式以及动力响应特性。本文首先利用所建立的完全非线性数值模型模拟了非线性波浪与直立圆柱以及自由漂浮圆柱之间的相互作用,并和已发表的文献结果进行比较,验证了本文模型的有效性和精确性;随后探究了吃水、运动状态以及尺寸等因素对截断圆柱水动力特性的影响;然后对一FPSO模型的水动力特性进行模拟研究,发现非线性效应对升沉运动影响较小,对纵摇运动影响较大,FPSO的纵摇运动响应在共振区段的幅值明显增大且频带宽度变宽;最后建立了FPSO与软刚臂系泊装置的动力耦合运动模型,探究了软刚臂系泊的FPSO模型的水动力特性,发现当入射波频率接近船体运动的固有频率时,软刚臂与FPSO间的动力耦合作用会加剧船体的运动,而当入射波频率远离船体运动的固有频率时,软刚臂系泊装置能够对纵摇运动产生一定的抑制作用,而对升沉运动的影响较小。