随着全球经济的发展,陆上及近海的资源已经远远满足不了人类的需求,深海油气矿产资源开发越来越受到各国的重视。各种适应深海恶劣环境的浮式结构物不断涌现,而如何确保海上结构物及人员的安全成为了海洋工程领域研究的重要课题。以畸形波为代表的强非线性波浪可能给海上结构物带来极大的波浪载荷,是海上结构物安全的巨大威胁。本文围绕如何保障海洋结构物在恶劣海况中的安全这一命题,以畸形波、固定结构物、浮式平台系统为主要研究对象,针对畸形波的模拟、非线性波浪力、浮式平台系统运动和动力响应等科学问题开展了深入的研究分析。基于畸形波的生成机理假说,建立相应的畸形波生成模型,在波浪水池中开展畸形波的生成研究。成功应用相位迭代方法优化畸形波生成结果,并提出畸形波聚焦位置优化方法,有效调整畸形波的聚焦位置。基于小波变换方法分析畸形波演化过程的能量结构变化,探索畸形波形成过程中的色散聚焦和能量频带转移现象。基于粒子成像测速方法（PIV）对畸形波的内部流场结构进行测量分析,探索合适的水动力模型对水质点运动进行描述。建立完全非线性的仿物理数值波浪水池,深入研究网格单元划分对于畸形波模拟的影响。提出了畸形波生成的反射叠加模型,探究波浪反射在畸形波形成中的影响。研究结果进一步佐证了波浪反射是畸形波形成的可能因素这一观点,为港口、浅海出现的畸形波提供了另一种可能的形成机理。开展了系列畸形波波浪力实验,分析畸形波作用下固定结构物波浪力的非线性特征和无因次波浪力,考察现有计算理论对于畸形波波浪力预报的不足。提出了基于小波变换的时历同步方法,实现了没有参考信号情况下波浪力时历与校波时历的准确同步。提出了基于小波变换的波浪力传递函数,能够可靠地分析瞬态响应中的波浪力和波浪的对应关系,并有助于辨识波浪力中的非线性成分。基于小波谱与自相关谱对畸形波及其波浪力的能量结构开展研究,阐明了波浪力非线性高频成分对波浪力峰值的贡献及其来源。基于莫里森公式,结合不同的畸形波内部流场描述模型和水动力系数选择方案,形成多种畸形波波浪力预报模型,对畸形波波浪力进行预报。分析了粘性效应、绕射效应、瞬时波面等因素对于非线性波浪力的影响规律。在此基础上,获得采用改进惠勒拉伸模型与频变惯性力系数相结合的适用于畸形波条件的非线性波浪力预报模型。耦合考虑系泊系统动力响应,开展畸形波作用下浮式平台运动和动力响应试验研究。针对不同水平刚度的系泊系统,研究系泊刚度对于畸形波作用下浮式平台运动响应和系泊缆动力响应的影响。本文深入揭示了畸形波及其与海洋结构物非线性作用的相关物理机理和规律,探寻了新的畸形波生成模型、畸形波波浪力预报模型和畸形波问题的分析方法,具有重要的理论和工程价值。