海洋结构物作为人类开发利用海洋资源长期作业的依托平台,在服役过程中往往伴随着复杂恶劣的海洋工作环境条件,极易造成海洋结构物自身的不利荷载和剧烈运动,因此在设计阶段就准确地预报出海洋结构物可能遭受的最大波浪载荷至关重要。本文采用开敞水域模拟技术和速度势分离技术,基于高阶Rankine源边界元法,在一个开敞圆域内创建了波浪与海洋建筑物相互作用的完全非线性数值模拟模型。采用简单的Rankine源型格林函数离散流体计算域;通过推导的直接计算法求解柯西主值积分,处理格林导函数的奇异积分难点;利用空间角几何关系直接求解节点固角系数值。模型利用Stokes波高阶理论解进行入射波浪的模拟,并使用阻尼层布置技术进行反射波的消除工作。采用完全混合欧拉-拉格朗日质点追踪法监控流体质点,并运用跟随式网格拓扑技术重构瞬时自由液面网格节点;运用曲面网格重构技术捕捉并模拟瞬时结构物体湿表面网格单元形状。利用虚拟函数法间接模拟结构物非线性水动力流体载荷。利用开发的开敞水域完全非线性数值模拟模型分别对直立圆柱体的绕射问题、漂浮圆柱型结构物的非线性波物响应问题、具有复杂曲面的Wigley型船的完全非线性水动力响应问题以及系泊系统对JIP Spar平台的完全非线性响应的影响问题等进行了模拟探究。通过将数值模拟结果与相应物理实验数据及已发表模拟结果的对比分析,验证了所开发的完全非线性分析模型对瞬时自由液面和瞬时物体湿表面的精确捕捉能力以及模型对完全非线性流体作用力的精确模拟能力。通过系泊与自由两种状态下JIP Spar海洋平台的完全非线性响应的模拟,发现系泊系统对平台垂荡和纵摇的非线性响应的抑制作用。