在众多可再生能源中,风能因其资源储量大,分布广泛,能量巨大,就地可取,无需运输,最具大规模开发利用和重要的商业化发展前景等优点成为世界各国的研究重点。对于未来的风电场建设逐渐向“由小向大、由陆向海、由浅向深、由固定基础向漂浮式平台”的趋势发展。因此,针对向海上发展的趋势,本文以漂浮式风力机Spar平台作为研究对象,对整体结构的水动力频域和时域特性展开分析研究,并结合与借鉴海上石油Spar平台基础的设计理念和经验,对第三代Spar平台进行研究探索,以期适用于漂浮式风力机。其主要的工作和结论如下:1.系统阐述了漂浮式风力机Spar平台的运动方程,对海风载荷、波浪载荷和海流载荷进行了描述,并介绍其计算原理,基于漂浮式风力机Spar平台频域和时域动态响应理论,通过数值模拟方法对其进行计算。2.分别在水深为200m和320m处对比分析三种Spar平台的动态特性。水深的变化对三种Spar平台的波浪力、绕射力、F-K力、辐射阻尼和附加质量影响不大,但对同一水深而言,Cell Spar平台的受力明显小于其他两种Spar平台。对于三种Spar平台的运动响应RAO值,随着水深的增加,Classic Spar平台的响应较为剧烈,而改进后的Truss Spar平台和Cell Spar平台的稳定性较好,通过改进,其固有周期均得到提高,远离了波能集中频段。3.选用Cell Spar平台作为对象,分析形状、板厚、数目和透空率对垂荡板性能的影响。垂荡板形状不同时,结构的波浪力、绕射力、F-K力、辐射阻尼和附加质量依旧未发生任何明显变化,表明垂荡板形状并不能改变整体结构的受力大小,保持板的当量直径不变,随着垂荡板边数的增加,漂浮式风力机Spar平台的运动性能愈加稳定。4.选用吃水主体当量直径的1%~5%为对象,研究垂荡板厚度不同时漂浮式风力机Spar平台的运动性能。结果表明,随着板厚度的增加,平台的运动性能越好,但其合力时域特性反而增大,且当垂荡板厚度大于0.4m时,整体结构的运动性能无变化。5.为研究垂荡板数目不同时漂浮式风力机Spar平台的运动性能,在固定的长柱内(42m)安置不同数目的垂荡板。结果表明,增加垂荡板的数目有益于漂浮式风力机Spar平台垂荡自由度上的稳性,但整体结构的纵荡和纵摇运动更为剧烈。垂荡板的板数增多,导致板间距减小,因各板间的相互作用,使得垂荡板总体的附加质量的增长速度低于板数的增长速度。所以,随着板数增多平均到每块板上的附加质量反而会降低,各板的效率值也随之减小。当垂荡板数目达到四块时,整体结构的垂荡运动得到一定抑制,同时纵荡和纵摇运动不至于过大。6.透空率是影响垂荡板性能的重要因素,对垂荡板进行开孔并保持孔直径一致,分析不同透空率对漂浮式风力机Spar平台运动性能的影响。透空率对整体结构的纵荡运动毫无影响,而随着透空率的增大整体结构的垂荡和纵摇运动稳性则先增大后减小,在透空率为10%左右时,整体结构的稳性最佳;但附加质量则随着透空率的增大而显著减小。