随着油气资源的开发区域从陆地走向更为广袤的海洋,各类海洋工程结构广泛分布于不同水深的海域。由于结构物的作业水深对波浪间非线性作用的影响,有限水深下结构物的响应比深水情况下的更为复杂。为研究各类波浪与结构物作用问题,有必要增强有限水深下波浪谱演化对结构物响应的认知。同伦分析方法开辟了从边值问题角度考虑共振作用的新途径,所发现的平衡态共振波,以波能在参数空间内分布替代波能随时间变化的方式提供了研究波浪谱演化的新视角。在不同的海洋工程结构中,直立圆柱为最基本的支撑结构形式。因此,研究不同水深下平衡态共振波对圆柱的作用可以为研究波浪谱演化对结构物的响应奠定基础。本文基于开源CFD软件OpenFOAM开发的波浪求解器waves2Foam,对不同水深以及不同非线性程度下平衡态共振波对圆柱的作用进行了数值模拟。本文首先对数值水池进行了验证,发现基于waves2Foam的数值波浪水池在造波和消波效果上表现良好,其中数值波形与理论波形吻合较好;同时发现规则波对圆柱的波浪载荷和波浪爬高的计算值与实验值吻合较好,表明数值波浪水池可以对波浪中圆柱受到的波浪载荷进行准确模拟。其次,对深水下平衡态共振波群对圆柱的作用进行了数值模拟,分析了不同非线性程度下波群对圆柱的波浪载荷,波浪爬高与流场分布云图。最后,对有限水深下平衡态共振波群对圆柱的作用进行了数值模拟,并将有限水深下的计算结果与深水下的结果进行对比,分析发现水深对圆柱在波浪中受到的波浪载荷影响较大,对波浪爬高的影响较小。本文通过数值波浪水池对平衡态共振波与直立圆柱的相互作用进行了数值模拟,分析了不同水深以及不同非线性程度下平衡态共振波群对圆柱的波浪载荷,波浪爬高与波浪场的影响。因此,本论文对于研究不同水深下结构物在波浪中的响应具有一定的指导作用。