清洁能源占据人类能源比重越来越大,传统的陆上风力发电逐渐无法满足人类用电的需求,风电场逐渐由陆地向海洋迁移,所以海上漂浮式风机的研究成为了海上风电研究的重中之重。伴随着世界各国对于海上漂浮式风电场的不断部署,远航船舶和服务船舶与海上漂浮式风机发生碰撞的事件时而发生,这不仅会影响海上风电场的日常运营,还会导致海上风力发电机的完全损坏。所以针对海上风机的防撞性能进行研究并且设计一个经济可靠的防撞结构,对海上风电场的高效运转以及清洁能源的发展是非常必要的。本文根据TLP(Tension Leg Platform,张力腿基础)漂浮式风机和海上服务船舶的实际结构,利用ALE(Arbitrary Lagrange Euler,拉格朗日欧拉)方法,在LS-DYNA有限元模拟软件中建立了两者发生碰撞的流-固耦合计算模型,并且针对单桩基础风机碰撞的工况利用同样的方法建立了模型,与附加水质量法建立的模型计算结果进行比较,验证了利用ALE方法建立流-固耦合模型的准确性。利用TLP漂浮式风机碰撞模型,研究了系统动能、内能的变化规律,船舶质量、速度、碰撞偏离距离、碰撞部位对碰撞力所产生的影响,分析比较了常用的6种碰撞力规范公式,以及风机基础的弹塑性变形和风机顶部机舱的加速度响应。结果表明,在船舶初始动能相同的情况下,碰撞偏离距离越大,碰撞力越小,侧撞造成的碰撞力明显大于正撞。《公路桥涵设计通用规范》和Eurocode规范公式针对TLP漂浮式风机的碰撞工况计算结果最为准确。传播初始动能越大,碰撞所造成的弹塑性应变和机舱加速度时程曲线峰值也越大。根据TLP漂浮式风机的碰撞模拟结果,设计了六种不同结构的防撞设施,建立了其有限元分析模型,根据碰撞过程中的碰撞力和能量变化曲线分析了防撞设施防护的原理,得出独立圆筒为最佳架构。再针对独立圆筒防撞设施的尺寸、厚度和材料三个因素对其进行了进一步优化,得出独立圆筒防撞设施的最优方案为直径4 m,壁厚5 mm,钢材为Q195钢。使用最优的防撞设施在风险最大的侧撞工况下进行了保护性能的验证,证明其在所有工况下都能起到很好的保护作用。