波浪是船舶在海上航行时经受的主要外部载荷,直接影响船舶与海洋结构物在海上的航行状态和工作性能。长时间以来,人们采用规则波对船舶耐波性问题进行研究,但是船舶耐波性问题是动力学问题,将真实海况随机波浪简化为规则波的方法实际上是将具有一定频率分布的波浪谱简化为狄拉克函数谱,忽略了大量动力学影响。因此,需要使用不规则波理论来模拟,才能更为准确地描述出船舶在真实海况的运动响应情况。同时不规则波作用下船舶运动统计规律对预测实际船舶的耐波性至关重要。基于上述背景,针对船舶在不规则波作用下的运动响应问题,本文采用数值方法展开了研究。首先,本文采用势流理论和边界元方法,借助水动力软件Hydro Star对不规则波作用下Wigley型船升沉、横摇和纵摇运动响应进行了系统的模拟研究,采用统计学方法深入探讨了船舶不规则运动幅值和响应周期的分布规律,并通过傅里叶变换对船舶运动响应进行了频谱特征分析。结果表明,在不规则波作用下,船舶运动振幅呈现出不规则波运动的状态,其运动时历曲线的概率密度符合高斯分布。船舶横摇运动与升沉和纵摇运动的随机响应特征有显著差异。在升沉与纵摇方向,波浪谱峰频率远离自振频率,前三分之一大振幅运动对应周期离散性较小,基本稳定在波浪谱峰周期附近,但小振幅运动周期分布离散性较大,频谱分析指出船舶升沉与纵摇运动响应频谱在波浪谱峰频率附近出现明显峰值。而在横摇方向,波浪谱峰频率与自振频率相耦合,不同振幅的横摇运动响应周期均稳定在自振周期附近,且周期离散性较小,频谱分析也表明横摇运动响应频谱主要集中于船舶运动自振频率附近。进一步考虑流体粘性和波浪非线性的影响,基于Navier-Stokes方程,使用有限体积法和VOF方法,在开源平台Open FOAM中构建了数值波浪水槽,采用线性波浪叠加的方法模拟得到了较为精确的JONSWAP谱和白噪声谱的不规则波浪。在三维波浪水槽中施加生成的不规则波浪激励,对船舶升沉和纵摇运动进行了模拟,同样采用统计学方法对粘性流中船舶时域运动响应特征进行了统计分析。计算结果表明,升沉和纵摇运动仍具有的大振幅运动周期差别较小、小振幅运动周期离散性大的结论,势流模型计算结果与上述结果相一致,说明其能够对不规则波作用下船舶运动的一般规律进行预测。进一步对势流结果与粘性流结果的船舶运动的有义振幅和运动响应频谱进行对比,发现势流方法预测的运动振幅大于粘性结果,而且响应周期具有更大的离散性,说明不规则波作用下的流体粘性不仅会影响船舶运动振幅,还会对运动周期产生影响。