海洋风电作为风能开发的装备，其结构动力特性复杂，工作环境恶劣，随机性因素使得其在安装、运输和安全等方面存在诸多挑战。海洋风电固定式支撑结构是连接泥面以下桩腿和水面以上塔柱及与其相连的风机、叶片的过渡结构，是海洋风电系统的关键部位之一。它支撑整个工作风机的重量并传递其载荷，且承受风、浪、流、地震等载荷。此外，由于风电机组的零部件几乎全部安装在塔架上，一旦发生倾斜倒塌，往往造成整个风电机组的毁灭性损失。因此海洋风电支撑结构研究是海洋风电发展的关键点，亟待细化深入研究。海洋风电固定式支撑结构主要存在两个问题，一个是成本问题，一个是安全可靠性问题。即在确保结构安全性前提下，对其进行降低成本的优化设计。海洋环境复杂多变，同时支撑结构在材料、尺寸、载荷等方面具有随机性，由此导致设计分析结果的不确定性，因此传统的确定性优化在实际工程存在不足。本研究采用随机性优化设计方法，使得海洋风电支撑结构的设计结果更加安全可靠。研究基于海洋风电在风、浪、流、地震等载荷作用下的动力随机性优化问题，主要内容如下：1.海洋环境下风电结构动力分析分析风电结构在海洋环境下的受载情况。分析海洋风电支撑结构主要载荷：风机对结构作用载荷；风沿塔架的分布载荷；波、浪、流作用载荷；地震波载荷。将复杂载荷组合加载于有限元模型进行动力分析：模态分析确定风电支撑结构的固有频率以避开叶片通过频率和风机频率；时域分析给出了风电支撑结构正常工作时的最大应力、最大位移响应，以及地震载荷作用下的位移响应，并以此作为优化的约束条件；时域分析同时给出了在极端湍流情况下，三个地区，两种海况、两种风机工况组合下总计12种工况下的最大应力、最大位移响应并进行对比分析。2.三脚架支撑结构的优化模型分析基于试验设计的方法，采用正交试验进行三脚架支撑结构设计参数的灵敏性分析，确定三脚架优化中权重较大的输入值：水下中心柱的厚度、桩腿直径、桩腿厚度、斜撑直径；采用最优拉丁超立方设计构造近似模型，也就是通过数学模型模拟三脚架结构尺寸参数输入值和结构最大位移、最大应力等输出值之间的关系，用数值计算取代有限元计算，为三脚架支撑结构的优化提供稳定高效的迭代环境。3.三脚架支撑结构的随机性动力优化设计探讨了三脚架结构的随机性动力优化设计，采用外部罚函数的数值优化方法和多岛遗传算法的全局搜索方法相结合的方式对三脚架支撑结构进行优化。运用单循环的可靠度优化方法降低了优化迭代次数，所用的优化策略显著提高了运算效率，得到的三脚架优化设计方案在满足一定可靠度的前提下最大限度的降低了支撑结构成本，科学的兼顾了支撑结构经济性和安全性的双重需求，克服了传统的支撑结构确定性优化设计方案可靠度不足的问题。研究通过对三脚架支撑结构进行有限元建模，给出了结构的力学特性及其动力响应；引入大质量法施加地震载荷，合理的考虑了海洋风电在地震波作用下的响应；通过构造Kriging模型取代有限元模型大大减少优化时间并且提高了优化的稳定性；通过随机动力优化设计研究，充分考虑了由于结构尺寸、材料、环境载荷等随机性因素引起的不确定性，采用可靠度分析和结构优化相结合的方法，兼顾了经济性和安全性的要求，对工程设计具有参考意义。