低质量阻尼比圆柱是海洋工程中最常见的结构之一。在设计过程中,对其结构强度的计算当今已经有较为成熟的体系,但对于其涡激振动(影响疲劳强度)的预报,当前在工程上仍然没有一个能够兼顾精度与效率的手段。本文的主要内容是基于OpenFoam开源软件,用数值模拟的方法研究二维与三维圆柱涡激振动之间差异与关联,并基于此提“安全系数法”,对二维涡激振动的振幅响应曲线进行修正,使其接近三维模型的精度。同时,针对大涡模拟法与雷诺平均法在计算涡激振动中存在的问题分别进行分析与改进,为本文的研究提供基础。本文的主要工作如下:首先,运用大涡模拟法研究三维圆柱涡激振动中的三维效应。同时,为了克服大涡模拟耗时较大的缺点,研究了不同并行计算方式下,大涡模拟的精度与计算效率,探究适用于圆柱绕流及大涡模拟的最佳并行计算策略,并通过展向网格层数为1～64的三维模型的大涡模拟法计算结果分析,研究展向网格数对大涡模拟精度的影响。分析了最为合适的网格层数与并行计算策略,以提高大涡模拟法的精度与计算速度。然后,运用雷诺平均法研究三维效应的缺失对二维圆柱涡激振动数值模拟结果的影响。同时,针对标准SST湍流模型在计算尾流场完全湍流情况的低质量阻尼比圆柱涡激振动时,锁定阶段振幅偏小的问题,在SST湍流方程的比耗散率方程中添加了额外的湍动能生成项,得到精度更高的湍流模型,并通过圆柱绕流以及涡激振动算例,对其升力、阻力、表面压力分析、振幅与频率、尾流形态以及轨迹等参数的响应进行分析,以验证改进SST湍流模型在计算低质量比圆柱涡激振动时的性能。最后,运用改进SST湍流模型,从涡激振动中的“分叉现象”入手,探究二维与三维圆柱涡激振动之间的关联。通过对振幅、频率、分岔图、涡量图等数值模拟结果进行分析,对涡激振动迟滞现象以及分离点扰动引起的分岔规律进行研究,此外,还研究了阻尼参数对分岔特性的影响规律。根据所得的规律,提出“安全系数修正法”对二维涡激振动的振幅响应曲线进行修正,使其接近三维模型的精度。可以得出以下结论:结合本文提出的改进SST湍流模型以及最大振幅的“安全系数修正法”,可实现对低质量阻尼比圆柱涡激振动响应更加快速与精确的预报。