波浪破碎是最常见的海洋现象之一，是影响泥沙输运、岸线侵蚀、海工结构物受力的重要动力因素，其海气相互作用对气候变化也具有一定的影响，对波浪破碎特性展开研究具有重要的工程价值和科学意义。SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法是一种具有拉格朗日特性的无网格方法，非常适合处理自由表面流问题。为了更好地认识和理解波浪破碎过程中的非线性特性，本文发展并改进了SPH方法，用以对波浪破碎问题开展数值模拟研究。
　　首先，本文介绍了传统SPH方法及其改进形式FPM(FiniteParticleMethod)方法的基本理论，通过对驻波和孤立波的数值模拟，对比研究了SPH和FPM在不同光滑核函数条件下的一致性和守恒性。结果表明，两种方法具有较好的一致性和守恒性，且FPM方法具有比SPH方法更高的精度。
　　其次，本文开展了波浪破碎非线性特性的数值研究。采用FPM方法耦合粒子位移技术模拟了包括激破波、卷破波和崩破波在内的三种典型破碎波，分别从破碎几何参数、动力参数和爬高的角度对波浪破碎非线性特性进行研究，并总结归纳了用于确定粘性系数的经验公式。结果表明，不同破碎类型对流场具有不同程度的影响，其中崩破波的影响范围最广；当波浪破碎类型从崩破波向激破波转变时，破碎位置逐渐向岸线靠近，破碎指标逐渐变得不稳定，爬高逐渐增大；波浪破碎时的最大速度与破碎类型没有明显的对应关系，但与相对波高呈正相关、与坡度呈负相关。
　　最后，本文提出并发展了一种新型多相流SPH模型。该模型对异相粒子的压力项进行Shepard插值，同时将其密度转换为等效密度，并通过多相静水试验和多相溃坝试验对其进行了数值验证。随后基于该模型对波浪破碎现象进行了多相数值模拟，以进一步探索气体对波浪破碎数值模拟的影响。结果表明，在不考虑气体作用的单相SPH模拟中，浅水变形剧烈，破碎发生较早；而在考虑气体作用的多相SPH模拟中，气体对波浪传播和浅化变形均具有一定的阻碍作用，考虑气体影响能够更为真实地反映波浪破碎的实际情况，且具有更高的数值精度。