伴随我国海洋经济发展和海洋强国战略实施,目前海洋工程建设项目正在高速推进中。其中近水面弹性支承圆柱结构在潮流作用下发生流致振动（FIV）是海洋工程领域常见的流固耦合现象,也是有关水下悬浮隧道、拖曳式阵列声纳和水生清洁能源转换器等水下海洋结构水动力学特性的基础力学问题。与浸没深度很大的圆柱结构相比,水面的存在显著影响结构周围的流体动力行为,从而影响了这些结构的自由振动响应。所以针对圆柱结构开展的近自由液面流致振动研究对于防止海洋环境下圆柱结构物疲劳破坏以及提高海水流动动能利用率有着重要意义。本文采用嵌入格子-玻尔兹曼方法和自由液面模型的XFlow软件,对低雷诺数Re=100下近自由液面圆柱结构流致振动问题开展了数值模拟与机理研究。根据圆柱尾迹特性及其周围自由液面形态将浸没深度0≦h*≦5和弗劳德数0.3≦Fr≦2的参数空间划分为六种不同的流态,研究了不同流态下单自由度和双自由度圆柱振幅、振动频率、振动偏心距、升力系数及阻力系数等振动特性,分析了单自由度下圆柱前方水跃现象对圆柱垂向振动特性的影响规律、圆柱涡脱落与自由液面耦合作用规律、双自由度圆柱振动轨迹及其垂向振动在流向自由度作用下的变化规律。本文得到了如下结论:（1）数值研究发现圆柱振幅和振动频率随着自由液面的靠近而降低。当自由液面非常靠近圆柱时,在一定条件下,尾迹状态由绝对不稳定性转为对流不稳定性,圆柱与自由液面之间形成的射流状流动附着在圆柱表面上,抑制涡脱落过程,导致圆柱不再振动;（2）当弗劳德数较小时,圆柱前方自由液面保持平坦。随着弗劳德数逐渐增大,圆柱前方产生水跃现象,其中稳定的水跃现象会抬高圆柱前方水面高度并使液面保持平坦,而不稳定的水跃现象会呈现循环起伏的波浪,反过来影响圆柱运动轨迹和自由液面与涡脱落相互作用程度;（3）与单自由度圆柱振动相比,在双自由度圆柱振动中,当Fr≧0.6时振动轨迹交叉点随着浸没深度的降低而逐渐下移,在h*=1左右消失,轨迹形状从8字形转变为半月形或椭圆形。流向自由度使得垂向振幅增大约10%,并且会使部分单自由度下未能振动的圆柱起振。总之,本文从近自由液面下单自由度圆柱流致振动问题入手,研究了关键参数对振动响应的影响及其背后的物理本质和力学机理。并进一步模拟了双自由度下圆柱流致振动过程,将两者进行对比,探究了流向自由度的参与对垂向振动的改变。本文创新性成果希望对深刻认识复杂海洋环境中近海面圆柱结构物流致振动现象和机理提供一定程度的帮助。