随着我国2030年碳达峰,2060年碳中和的国家战略提出,大力发展可再生能源是应对气候变化,减少碳排放的重要手段之一。我国拥有极其广阔的海域,大力发展海上风能,能够极大的缓解我国能源分布格局,对于我国能源结构的调整具有十分重要的意义。我国近海海域水深较浅,波浪非线性较强,极端台风巨浪天气频发,对海上风机的结构安全和长时间稳定运行带来了不容忽视的挑战。传统的势流理论对于强非线性波浪载荷存在严重的低估,无法考虑非线性波浪与结构相互作用的问题。本论文基于计算流体力学方法,通过水池实验验证数值模型,研究强非线性波浪（高阶陡波、破碎波、聚焦波）与大型海上5MW单桩式、漂浮式风机相互作用的水动力特性。本论文首先对国内外研究现状进行了简单的回顾,并介绍了本课题研究的背景及意义,研究内容和研究方法以及涉及的基础理论。本文主要研究工作和创新成果如下:（1）通过对比不同湍流模型,为求解斜坡上单桩波浪力和波浪爬高提供了合适的数值湍流模型。（2）探究了不同形态破碎波浪与单桩风机作用的水平波浪力、各阶能量分布、二次循环荷载以及波浪压强对单桩的影响分布。揭示了破碎波浪对单桩风机的高阶谐次载荷分布及变化。（3）采用相位控制谐波分解方法,对比研究了有/无破冰锥的单桩风机高阶谐次波浪力的变化以及高阶谐次波浪爬高沿单桩的分布,从波浪的谐次分布揭示了波浪沿单桩爬高的运动机理。（4）探究了不同波陡的聚焦波浪与半潜风机作用的水动力载荷、平台运动以及锚链力。揭示了聚焦波浪作用下平台的低频载荷以及低频运动共振响应,采用相位控制谐波分解方法研究了高阶谐次波浪载荷,研究了聚焦波浪对平台产生的瞬态效应。