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随着全球海洋平台作业、港口码头工程与桥梁工程等日益增多，各种结构物坠落事件时有发生，如何有效分析各种复杂海洋结构物在空中一定高度坠落砰击入水对水域的动力影响，进而分析砰击对周遭水域内海洋结构物——如过往船舶、周边作业平台和浮吊船等是否会带来二次破坏作用，是个摆在科研设计与工程施工部门面前亟需解决的课题。对结构物砰击入水问题进行真实、全面的研究，分析该类砰击对受砰击水体所产生的动力响应，对准确评估砰击对周遭水域内结构物的二次破坏作用起到至为关键的作用，因此引起了越来越多科研人员的关注与重视。结构物在空中一定高度坠落砰击入水的过程，是个较新的砰击课题，与传统砰击课题相比，其主要研究内容不是研究结构物本身因砰击带来的荷载响应，而是研究砰击引起的受砰击水体的动力响应。鉴于结构物坠落砰击入水问题的复杂性，有些理论机理尚不成熟，物模试验又容易受到试验成本、试验场地等诸多条件限制，较难真实、全面地呈现各种自然环境背景。因此，本文通过对现有砰击理论进行分析与消化，剖解其中的物理机理与现象，结合相关物模研究成果，借助数值研究手段，对复杂三维海洋结构物，在各种真实自然环境和不同初始姿态下的坠落砰击入水问题进行了研究，主要研究内容与结论如下：1.建立了任意姿态的三维海洋结构物在风、浪、流复杂环境下刚体-空气-水体三者相互作用的坠落砰击兴波数学模型。通过深入分析结构物坠落砰击过程中的气体、液体、固体三者耦合机理，针对三维海洋结构物的坠落砰击特点，以三维瞬态N-S方程为基础，采用标准k和重正化群RNG两种不同流体动力学方程，结合真实坠落的六自由度运动方程，以VOF模型来解决自由液面追踪问题，并根据边界层理论对结构物表面进行标准和非平衡的近壁处理，通过反复计算与试验，不断调整底层网格y取值来获取最优的y值，建立了复杂结构物在自然环境背景和任意初始姿态下砰击入水问题的数学模型。采用该模型对砰击过程进行计算，并与相同条件下的物模试验结果相互比较和验证，结果表明所建立模型较好解决了复杂模型砰击计算过程中出现的难以收敛、自由液面变化滞后和计算精度等问题，较好地模拟了砰击过程的局部涡旋、砰击射流和分离流等现象。2.分析了受砰击水体因为砰击而引起的动力响应和流场变化规律。通过对砰击作用下的流场动力响应与变化规律进行分析发现：受砰击水体引起的扰动最剧烈时刻在砰击刚发生时刻；水体扰动最激烈的区域发生在结构物砰击面的边沿区域；结构物横侧面砰击与纵侧面砰击相比，引起的水体湍流扰动更大，但这种湍流扰动通过湍流小涡的形式而消耗掉了。3.对空气垫与来风在海洋结构物空中坠落砰击过程中施加的影响进行了理论推导与机理分析，并分别对结构物在静风与来风天气下的空中坠落砰击入水过程进行了数值模拟，结果表明空气垫与来风对结构物的坠落砰击姿态和砰击速度皆有较大影响。通过结合求解能量方程，发现空气阻尼、空气垫在对结构物施加影响的同时，本身亦受到结构物的反作用而出现了轻微的温度升高现象；而在来风天气情况下，来风对空中坠落结构物产生一定程度的抬升效应，并对空气垫效应进行强化，进一步减缓坠落速度；对结构物而言，在砰击的正面，因空气垫的作用出现表面总体受力呈现中间高，边沿低的特点，但在动压方面却因为逃逸空气垫与飞溅现象的存在而出现中间近乎为0，边沿动压高的分布格局；同时因为来风使得结构物受力不均衡，在结构物的砰击面背面出现负压，在迎风向出现气流涡旋，导致结构物产生旋转，因此调整坠落砰击姿态，最终以之字形摆动坠落砰击入水，对后续砰击产生重要影响。4.全面研究了不同风、浪、流等复杂自然环境下，结构物以不同初始姿态如或平移、或旋转坠落的砰击兴波问题。通过将各种自然环境因素和结构物初始姿态组合而成各种情况下的不同砰击背景，对其中的典型工况进行数值试验后发现，各种自然因素及结构物初始姿态对砰击兴波皆存在不同影响，其影响具有明显特征：风将减缓坠落速度，改变结构物砰击姿态与运动轨迹，从而改变砰击兴波的大小；来流使得受砰击水域上下游不对称，从而导致上游砰击兴波加大，下游砰击兴波减小；来浪使得结构物砰击不同的波面时兴波波高不同，如砰击波峰处产生的兴波波高与波节处的兴波波高完全不同；结构物初始坠落姿态改变砰击速度的大小和方向，进而显著改变砰击兴波的大小和波向。