钝体结构的涡致振动是自然界和许多工程领域中普遍存在的现象。结构涡致振动是流体机械及动力工程设备中与安全相关的重要问题。钝体的旋转是最简单的涡致振动控制方法之一。圆柱作为海洋工程中最为常见的钝体结构,圆柱的旋转可以增强或是抑制圆柱的振动响应,因此旋转可应用于涡致振动能量收集以及振动控制。在海洋工程和深海钻探等工程领域中,暴露于海水冲刷之下的细长旋转结构可以观察到旋转圆柱的双自由度涡致振动。本文综合考虑均匀来流、线性剪切流、拟合洋流和抛物线来流四种来流条件。在折减速度为3.0≤U*≤14的范围内,对双自由度旋转圆柱的涡致振动响应进行数值研究。直径为D的刚性圆柱绕其轴逆时针旋转,旋转速率的范围为0≤α≤1.5。在来流作用下,旋转圆柱可以在顺流方向和横流方向自由振动。通过数值研究得到了旋转圆柱的振幅响应、频率响应、偏移量和升阻力系数,并捕获了旋转圆柱的X-Y运动轨迹和尾迹结构。总结了不同来流条件下旋转圆柱的旋涡脱落模式。本文分析了来流条件、旋转速率和折减速度等参数对旋转圆柱的幅频响应、受力特性、运动轨迹以及尾迹结构和涡脱模式的影响规律。对于均匀来流,旋转圆柱顺流方向和横流方向的最大振幅分别为0.363D和0.611D。对于线性剪切流,顺流方向和横流方向的最大振幅分别为0.414D和0.820D。对于拟合洋流,顺流方向和横流方向的最大振幅分别为0.409D和0.738D。对于抛物线来流,顺流方向和横流方向的最大振幅分别为0.419D和0.738D。旋转增强了圆柱顺流方向的振幅,抑制了横流方向的振幅。对于非旋转圆柱,均匀来流、拟合洋流和抛物线来流的运动轨迹呈现对称的“8”字形,剪切流作用下可以观察到“水滴”形运动轨迹;对于旋转圆柱,四种来流条件下的运动轨迹都呈现单一闭环的椭圆形。“8”字形的运动轨迹表明圆柱顺流方向的振动频率是横流方向振动频率的两倍;水滴形和椭圆形这类单一闭环的运动轨迹表明圆柱的振动频率在顺流方向和横流方向始终保持一致。旋转产生的马格努斯效应使圆柱的平衡位置由初始位置向下偏移。圆柱的旋转可以拉伸从圆柱表面脱落的旋涡,这种现象在高转速的情况下更为明显。旋转引起的马格努斯效应导致逆时针和顺时针旋涡强度的不对称以及尾迹结构的向上偏移。作用在圆柱上的流体力与圆柱表面剪切层的分离和尾涡脱落密切相关,在旋转圆柱的双自由度涡致振动中观察到了2S、S+P、P+S、2P、P+T和U型六种旋涡脱落模式,以及2S*、S+P*和P*+S三种尾涡过渡模态。