结构物入水问题在航空、航天和航海领域中广泛存在,比如飞机水上迫降,航天返回舱水上回收,船体底部砰击水面等。结构物砰击水面的过程中会产生巨大的砰击力,严重影响这些结构及其内部人员的安全。因此该问题的研究有非常重要的意义。光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种无网格方法,不存在大变形所引起的网格畸变,方便跟踪物质的运动轨迹,界面处理灵活,在水动力学问题中有着广泛的应用前景。结构物入水问题涉及到流体和液体的相互作用,其中最为关键的问题是不同物质间的界面处理。本文采用SPH方法对结构物入水问题中涉及界面问题的弹性体入水问题、结构入水弹跳问题和考虑空气的结构物入水问题进行了研究。第一,研究了弹性体和水的界面处理方法。本文指出了界面处速度的不连续会导致SPH的界面问题。首先通过长方铝块碰撞模型,直接说明了由于该问题引起的模拟误差。其次模拟了弹性圆柱砰击水面,SPH模拟得到的结果中,水的飞溅受到抑制,弹性体各向同性压力出现正负值交错的情况。针对以上弹性体和水的界面问题,本文提出在使用DSPH方法的同时施加界面力,使得该问题得到了很好地解决。最后应用以上的模拟策略研究了弹性厚壁圆筒入水,该结构在砰击水面时会产生大变形,进一步验证了本文界面处理策略的合理性。第二,研究了DSPH方法计算精度提高策略,基于泰勒展开,提出了多维RDSPH方法,包括一阶RDSPH和二阶RDSPH。对比了DSPH和RDSPH在一维模型和二维模型中界面处和边界处的计算精度,考察了对粒子分布均匀度的敏感性。数值测试结果表明RDSPH在计算精度上的优越性,并且二阶RDSPH的计算精度高于一阶RDSPH。第三,研究了结构物入水时的弹跳问题。该问题的研究检验了刚体与液体界面处理。影响平板弹跳的因素有速度、攻角和速度角,模拟了这些因素影响下不同的运动形式(弹跳、滑行和翻转)。推导了二维平板弹跳时的运动方程,将SPH模拟结果与之进行了对比。研究发现在满足一定的条件后,不同尺寸的平板可以得到相同的运动规律。通过考察最小弹跳速度和单次弹跳所消耗的能量获得最好的攻角约为10°。首次研究了弧形结构的弹跳,与平板结构进行对比,确定较易弹跳结构。首次对多次弹跳问题进行了研究,创新性地建立了多个小水箱模型,该模型可以高效率地模拟多次弹跳。研究发现速度角在弹跳过程中会自适应出与攻角相对应的角度。平板在弹跳过程中,每次触水所消耗的能量和速度的平方成正比,通过该关系可以理论预测不同速度下的弹跳次数。第四,验证了气液界面和气固边界的处理方法。首先,模拟了气泡在水中上升的气液两相问题,检验气液界面处理的方法。由热力学理论推导得到了气体的绝热状态方程,将之与弱可压缩状态方程进行了对比,检验后者的合理性。研究了气泡在水中的上升形态和上升速度。其次,检验了气固边界处理方法,首次将活塞在充满空气的管腔中振动的模型引入SPH,推导了该模型的理论解。活塞振动问题中对比了三种边界条件(无滑移边界、自由滑移边界和周期边界)对振动的影响,发现在无滑移边界条件下所得到的活塞振幅衰减最快,并且粘性越大衰减越快。研究了腔体高度和宽度对振幅和振动周期的影响,当高度增大时,振幅和振动周期都增大。第五,研究空气在不同结构物(楔形体、平板、双体船)入水问题中的影响,该问题是气液固三相耦合问题。首先是楔形体入水,楔形体下降过程中会形成涡流,将SPH模拟得到的加速度与理论值进行对比,研究了三维效应对加速度的影响。在楔形体入水过程中空气可以容易地逃逸,总体上来说空气在楔形体入水过程中影响不大。其次是平板入水,平板在砰击水面时会形成“空气垫”,使加速度曲线上升更缓慢,峰值明显减小;空气的存在使平板的压力分布更均匀;研究了平板宽度、触水速度和质量对加速度和压力的影响。最后通过双体船结构检验了文中方法处理复杂结构的能力。本文对结构物入水中的几个问题及其所涉及到的界面处理进行了较为系统的研究,对实际的工程问题有一定的指导意义,也为以后此类问题的研究提供了一套可靠的SPH模拟策略。文中的模拟工作均使用C语言编程进行,后处理软件为Paraview。