本文采用理论分析和计算机代数相结合的方法对分层海洋中内波理论及内波与小尺度杆件的作用进行了研究。这一课题有着重要的应用背景和理论意义，是新时期海洋高科技中水波动力学问题之一，是当前国际国内前沿研究之一。主要研究内容如下：　　 ⑴阐述了内波内容，对内波理论进行分类，对研究小尺度杆件及其内波载荷的意义进行阐述，给出影响内波流场及其对结构作用的因素，综述有关内波观测手段、观测仪器以及全球海洋范围和我国海域，特别是南海海域内波及其研究概况。在此基础上，提出本课题有待进一步研究的问题。　　 ⑵完善小振幅内波理论，求出小振幅内波对小直径圆柱作用力和力矩的解析表达式。从拉普拉斯方程边值问题出发，借助理论分析和计算机代数软件，研究了有小振幅内波存在时两层不可溶混流体在两水平固壁间以及在自由面和固壁间的理想不可压缩无旋流动以及这种流动与小直径圆柱的作用。在得到一般解析解后，针对深海区域不同的海况和小振幅内波，进行了具体的模拟计算和分析。所得结果有，典型内波流场的解析解，频散关系式，水平速度廓线及流场的时间演化图形，小直径圆柱上单位长压力分布的时间演化图。分析了相对密度差、相对波高、波陡以及深度比诸因素对最大水平速度、最大总力和总力矩的影响。分析了波长对圆柱上水平速度分布、单位长作用力分布的影响。计算了界面上下最大水平速度，最大总力和总力矩以及整个圆柱所受最大总力和总力矩，并与同样波长表面波对圆柱最大总力和总力矩进行了比较。在深度比接近1时，把分层上下两段分别所受最大总力和总力矩与整段杆件所受最大总作用力和总力矩进行了比较。总结起来，有如下结论：①小直径圆柱可能经受低频周期性剪切力，对整个圆柱有一定整体冲击作用，使圆柱推移甚至破坏；②对给定海况，随相对密度差以及相对波高增加，最大总力和总力矩也增加。相反，随深度比增加，最大总力和总力矩减小。而对于特殊深度比，随波陡增加，最大总力和总力矩减小。值得注意的是，当深度比增加到接近1时，最大总力和总力矩减到很小的程度，但是圆柱上下各部分的总力和总力矩却可以有较大量级。　　 ⑶建立五阶Stokes内波理论，研究有限振幅内波流场对小直径圆柱的作用。在建立有限振幅内波流场边值问题后，借助幂级数-傅立叶级数展开式和计算机代数软件，研究了有Stokes内波存在时两层不可溶混流体在两水平固壁间的理想不可压缩无旋流动以及这种流动对小直径圆柱的作用。在得到一般的五阶理论表达式后，针对接近南海北部海域的具体海况和有限振幅内波，进行了具体的模拟计算和分析。所得结果包括：五阶Stokes内波频散关系式以及各阶频散曲线及其比较，各阶波形及其比较，各阶水平速度廓线及其比较，各阶速度向量场的时间演化图，小直径圆柱上各阶单位长作用力分布及其比较的时间演化图。分析了相对密度差、波长、深度比诸因素对不同波陡下五阶频散关系曲线的影响。计算了界面上下各阶最大水平速度及最大总力和总力矩以及整个圆柱上所受最大总力和总力矩，并在各阶之间进行了比较，求出了相对增加率。概括起来，结论如下：①在一定深度比下，二阶以上内波的频散关系随波陡增加而增加，波陡大于某一值后，高阶频散关系比低阶的增加更明显。②和高阶Stokes表面波一样，高阶Stokes内波波峰处尖窄，波谷处低平和宽，而且随波陡增加，这种现象变得更加明显。但这种现象还与深度比有关。当深度比比较小时，也可以是波峰处低平和宽，波谷处低尖和窄。③随相对密度差加大，波陡以及一定范围的波长、深度比的增加，无量纲波速都有明显增加。(4)随波陡增加，上层或下层最大水平速度及最大总力和总力矩或者总个深度范围的最大总力和总力矩随阶数一起增加而增加。不同时刻，不同阶水平速度和作用力的相位可以不一样，在这些不同相位处的不同阶水平速度方向及作用力方向有可能相反。　　 ⑷分析内孤立波流场，研究内孤立波对小直径圆柱的作用。从由Long方程导出的方程的边值问题出发，借助渐进分析和计算机代数软件，讨论了内孤立波存在时有基本密度分布和基本流速分布的理想不可压无旋流动以及这种流动对小直径圆柱的作用。在得到一般表达式后，针对无基本流动的两流体系统，选取中国南海北部海域的不同海况和内孤立波载荷，模拟计算和分析了具体的结果。包括浅水内孤立波波形表达式，波宽与波幅关系式，流速表达式，水平速度廓线以及流场时间演化图，小直径圆柱上单位长作用力分布的时间演化图。分析了相对密度差、相对波高、波陡以及深度比诸因素对最大水平速度、最大总力和总力矩的影响。计算了界面上下最大水平速度，最大总力和总力矩以及整个圆柱所受最大总力和总力矩，并与波长和孤立波波宽相等的表面波对圆柱最大总力和总力矩进行了比较。在深度比接近临界深度比时，把分层上下两段分别所受最大总力和总力矩与整段杆件所受最大总力和总力矩进行了比较。总的来说，有这样的结论：①在内孤立波流场中，界面波上下仍存在着方向相反的流体运动。因此，对结构仍有剪切和倾覆作用，而且这种作用具有整体强冲击性，在内孤立波的顶峰到达时整体强冲击达到最大，使圆柱推移甚至破坏；②随相对密度差、相对波高以及波陡的增加，最大总力和总力矩加大。但在深度比小于临界深度比时，随深度比加大，最大总力和总力矩减小；③继续加大深度比，当深度比大于临界深度比时，内孤立波会由下凹变为上凸。速度方向和作用力方向都发生变化，但仍然相反，这是与周期内波不相同的。