随着全球人口与经济的快速增长,世界各国对油气资源的需求量日益增大,海洋资源的开采已经逐渐由浅海向深海领域发展。海洋立管是连接海洋平台与海底矿藏的关键设备,同时也是海洋结构中最薄弱的构件之一。海洋立管内部有高温高压的油气通过,外部又承受波浪,海流等复杂环境载荷的作用,在这些长期性、周期性的载荷作用下,立管会发生振动从而导致结构发生疲劳破坏。因此对立管动力学行为特性的研究具有重要的理论价值与工程意义。立管的涡激振动现象随着水深的增加变得更加复杂,表现出了很多新问题、新现象。立管的多模态振动特性随着细长比的增加而更加明显。本文以深海大长径比的顶张力立管为研究对象。将立管简化为Euler-Bernoulli梁模型,用van der Pol尾流振子描述流体的作用,建立了立管涡激振动的非线性动力学模型。分别采用谐波平衡法、Poincaré映射方法和Lyapunov指数法对流速变化所引起的系统动力学分岔现象进行研究。并且对立管涡激振动多模态作用机理进行分析,取得了如下几个方面的进展。（1）采用Galerkin方法对系统动力学方程进行两阶离散,基于谐波平衡法对方程进行半解析求解,得到两个解支,并对其稳定性进行分析;研究了流速变化引起的系统动力学分岔现象;根据线性系统特征向量计算得到结构两阶模态广义坐标幅值比,并与非线性系统结果对比,给出了立管涡激振动非线性模态预报方法。（2）采用Poincaré映射方法得到了立管两阶模态广义坐标幅值分岔图,并与谐波平衡法的解对比,进一步证明所得结果的正确性。对比分析了数值解主要频率成分与半解析解——谐波平衡法所得频率,发现谐波平衡法的解可以很好的预测系统概周期解的主要频率成分。（3）从系统Poincaré映射分岔图和Lyapunov指数谱图中可以发现,随着流速的增加,立管的振动在周期运动和概周期运动间多次转换,但未出现混沌运动。双模态涡激响应从周期到概周期运动的转换,属于周期解的Hopf分岔现象而非通常认为的频率解锁。共振机理和普适性问题还有待进一步研究。（4）基于五阶伽辽金离散结果,对立管涡激振动多模态作用机理进行分析。探讨了流速变化对立管各阶模态权重的影响,分析了立管涡激振动模态切换规律。对系统动力学方程进行相应阶单模态离散,并与五阶多模态离散结果对比,发现在锁频区域相应阶单模态离散结果可以实现对多模态离散结果的近似估计。