随着“双碳”战略提出,海上风电进入了蓬勃发展的新阶段,逐步由近海转向风资源更丰富的深远海发展,基础形式由单桩逐渐向导管架基础过渡。目前导管架风机基础设计主要借鉴海上油气平台开发经验,然而风机受力形式和海上油气平台有很大差异,在传统油气平台设计理论上进行尺寸优化设计可能造成材料浪费增加成本,甚至可能存在安全隐患,因此需结合导管架风机响应特性和先进的结构优化方法,对导管架风机支撑结构进行优化设计。针对此问题,本文以5MW导管架式风力发电机为研究对象,开展了其下部支撑结构的优化分析研究,主要研究内容如下:（1）针对极端工况下风机出现偏航失效的情况,使用风机动力计算软件FAST对偏航角位于-60度至60度范围内的风机进行时程计算,提取塔底响应作为荷载施加于下部结构。对比了CQC组合准则（complete quadratic combination rule）、TR组合准则（Turkstra’s rule）、经验组合准则、各方向荷载取极值与时程计算中的应力极值。通过CQC组合准则获得的组合系数在控制截面处能够获得与应力时程极值误差在5%以内的组合值。TR组合准则不便在多个响应作用时使用,但考虑其中影响最显著的两个响应的组合,可以得到一个误差较小的组合值。最后通过分析导管架响应特性提出了适用于工程应用的简单经验组合公式。（2）针对风机过渡段结构优化,对下部结构进行建模,以50年一遇的极端工况作为环境输入条件,使用拓扑优化方法以体积约束下刚度最大为优化目标进行拓扑优化,得到了构型清晰、传力路径明确的初步结构。基于多视图几何重构方法对拓扑优化得到的初步结构进行几何重构,提出了强度和疲劳符合要求的轻量化设计过渡段新构型。（3）针对风机导管架结构优化,对导管架结构忽略原始构型进行有限元建模,分别以刚度最大和体积最小两种优化目标进行拓扑优化,得到了两类清晰的桁架式斜撑构型。对拓扑优化的初步构型进行尺寸优化,使用拉丁超立方采样方法进行抽样,对获得的采样点构建克里金代理模型,使用遗传算法求得在几何约束、全局应力约束和位移约束下的斜撑尺寸最优解。对优化后的构型分别进行了静力极限状态验算,疲劳验算和风机整机频率验算,结果显示重构后的模型在极端工况下能满足强度要求,是安全可靠的设计。本文将响应组合理论应用于导管架结构响应特性分析,降低了导管架风机下部支撑结构设计荷载;运用拓扑优化方法寻求过渡段结构的新构型,在此基础上进一步对导管架结构进行拓扑优化和构建代理模型进行尺寸优化,得到了轻质高效且整体性好的下部支撑结构。上述研究内容为新建导管架风机风电场下部支撑结构初步选型和轻量化设计提供新的思路。