近年来,由于石油、煤炭等不可再生资源消耗加剧,一方面引起了人们对未来能源枯竭的担忧;另一方面,这些化石燃料燃烧产生的大量污染物给全球人类带来巨大健康威胁,也给当今社会带来极大风险。故而,对清洁的可再生能源的开发和利用逐渐得到全世界广泛的重视。作为其中一种主要的可再生新能源,风力发电也因此得到了大力发展,建造成本也不断降低。但随着风电应用比例的提高,陆上风电占用土地资源、风向不稳定以及噪音污染等问题却日益显现。于是,人们将目光投向海洋,开始致力于海上风资源的开发利用。因为海上风能远较陆上风资源丰富,而且海洋面积广阔,不占用土地资源。此外,海上人烟稀少,风电机组运营时产生的噪音影响较小。因此,海上风电将是未来风力发电的一个重要发展方向。我国海上风资源较为丰富,但受技术水平、技术成熟度和可靠性的限制,深远海的开发还远未达到成熟的商业化运行。目前,我国海上风力发电仍以近海的固定式基础风力发电为主;但随着装机容量的增大,风机机头重量的不断增加,对桩基础承载力的要求也不断提高,桩径也不断增大。工程上一般使用传统的Morison公式计算波浪载荷,作为先期设计的基础。但该公式仅适用于细长体结构,对于目前桩基础直径增大后的单桩大直径基础,则不再适用。因此,急需一种既满足工程上高效率计算的要求,又能提供一定精确度的方案。本文即基于势流理论和模态叠加方法开发了一种用于计算单桩大直径基础的数值求解软件。该软件使用CPU和GPU并行技术,进一步提高势流理论高速计算的优势,能够快速给出不同频率下桩基础受到的波浪载荷和结构振动响应。为验证和对比,本文还以一种近海风机的固定式单桩大直径基础为研究对象,使用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+计算求解了该基础在几种典型的波浪工况(包括规则波和不规则波)及不同海底泥面条件下所受的波浪载荷。通过对不同条件下载荷的数值和幅值频率进行比较分析,得出了不同情况下桩基础受载的变化情况,总结了相关规律,为结构设计提供了参考。此外,本文还将上述数值模拟结果与MacCamy和Fuchs提出的大型直立圆柱绕射理论的结果进行了对比,从而分析了本文使用的数值模拟方法与势流理论下对波浪载荷计算结果的差异。同时,本文还对桩基础在波浪载荷作用下的结构振动响应进行了分析。