随着世界经济的快速发展，人类对石油、天然气等能源的需求不断加深，石油的开采和利用已经成为了国际经济性和可持续性发展的焦点问题。陆地采油已经有多年历史，面临着陆地采油枯竭的危险，近海采油也已经发展多年，为了经济的可持续性发展，解决能源危机，人类已经将目光放在深海、超深海的油气开采上面。深海油气资源丰富，但是开采难度加深，深海油气开发是现今人类面临的一大机遇同时也是一项挑战。为了解决深海勘探和采油的各项困难，作为深海勘探和采油的媒介-浮式生产和钻井结构不断受到了人类的重视，就浮式结构的设计、性能研究等方面研究者前赴后继地展开了一系列的工作。南海油气资源丰富，然而环境条件恶劣，为了设计出适应该海域环境条件且性能良好的平台概念，研究者们就开发新型的平台概念、提出改善平台运动性能方法等方面进行了不懈的努力。深海半潜式钻井平台由于其抗风能力大，适应水深范围较广，甲板面积大，装载能力强，有助于合理生产设施布置，可实现上船体码头安装和整体拖航，钻井能力强等特点，在深海油气开发中得到了广泛的应用。然而，传统的深海半潜式平台垂荡性能较差，并不能作为支撑干式采油树的平台主体，为了结合干式采油树和半潜平台的优点，研究者们就提高半潜平台垂荡性能方面提出了很多有利的措施。导管架复合式深吃水半潜平台（Jacket combined deep-draft semi-submersibleplatform, JCDDS）是以适应南海恶劣环境、支撑干式采油树为目的而设计出来的新型的深吃水平台概念。该平台概念水下结构不仅包括传统的深吃水半潜结构（即浮筒、立柱等结构），而且加入了导管架的设计。二者通过底部浮筒四个内对角区域进行连接。导管架的设计主要用来提高平台的稳性，增加平台的气息，同时确保该部分不会对平台主体的各方面性能造成较大的负面影响。作为新型的平台概念，研究平台主体的全方面的水动力性能、及其与锚泊系统的耦合动力特性以及涡激运动特性（Vortex-induced Motion, VIM）等具有非常重要的意义。同时，在南海海域不同海况下平台及其锚泊系统的水动力特性直接影响着该平台概念的优劣，深入了解平台及其系泊系统的特性，提出不断改善性能的方法，均具有非常重要的意义。涡激运动是半潜平台为了改善垂荡运动而增加平台吃水而带来的一个负面效应。吃水增加，使水下立柱高度增加，增加了海流与立柱之间的相互影响。涡激运动是由于流体绕过钝体产生周期性的泄涡而引起的横向运动，主要特点包括运动周期长、横向响应幅值大等。由于涡激运动对立柱和锚泊系统疲劳寿命产生的负面影响而受到了广泛的关注。本平台概念采用增加吃水的方法来提高平台的垂荡性能，因此分析平台的涡激运动性能具有十分重要的意义，更好的了解涡激运动特性，为提出抑制涡激运动的影响提供依据。本文以该新型平台主体为研究对象，同时展开南海海域不同环境工况下平台主体及其锚泊系统的全方面水动力性能和VIM特性的研究，致力于提出提高平台垂荡性能的方法，同时初步确定平台的VIM特性。论文主要包括以下几方面的工作：（1）半潜平台概念及其系泊系统的水动力性能分析通过开展模型实验，包括静水衰减试验、白噪声试验、不同海况下的风浪流实验等，可以得到平台主体六自由度运动频域特性，不同海况下时历运动和锚泊系统完整系泊和一根破断系缆力等参数。利用三维绕射理论和Morison公式，对平台及其锚泊系统开展数值模拟，包括时域耦合分析和频域分析两个方面。利用模型实验所得结果验证数值模型和所用方法的准确性。首先，计算了平台的频域特性，得到了不同波浪频率不同浪向下的运动响应幅值算子（RAO），不同波浪频率下的附加质量和阻尼系数等水动力参数。频域中所得的水动力参数组成了数据库，为后续的平台及其系泊系统在不同海况风浪流作用下的时域耦合分析提供了基础。随后，对一年一遇、十年一遇和百年一遇南海环境工况分别于完整系泊和一根破断系泊情况进行了时域耦合分析，对平台运动时历、运动响应谱、系缆受力情况等进行了对比分析。结合模型实验和数值模拟的结果，可以对平台主体及其系泊系统的水动力特性进行全面研究，分析不同环境工况对平台系统的运动和动力特性产生的影响，可以为平台的设计、性能完善以及安全评估等提供依据。（2）新型平台概念参数敏感性分析不同的参数对平台及其系泊系统的运动和动力特性具有不同的影响。本文着重分析了重心高度、导管架以及改善平台垂荡性能的两种方法对平台系统产生的影响。首先，在频域内分析了重心高度对平台六自由运动产生的影响；随后，基于工程和设计的考虑，在时域和频域内分析了导管架的存在对平台及其锚泊系统垂荡、横摇和纵摇垂直面内的运动、响应谱等产生的影响；最后，就增加吃水和增加平台局部结构面积来提高平台垂荡运动性能的两种方法对平台垂荡产生的影响进行了对比分析。（3）涡激运动（VIM）特性分析本文根据方柱固定绕流和方柱涡激运动数值模拟，从机理上研究VIM现象，解释VIM现象的内在机制。首先采用CFD方法建立数值模型，模拟Re在50000~765000下的方柱绕流，与现有圆柱绕流的结果进行对比，分析二者的主要区别，并分析单柱主要的受力特性、运动响应幅值以及运动轨迹等结果，为进一步研究四柱式深吃水半潜平台的VIM特性提供基础，验证所用数值模型和方法的正确性。运用方柱绕流所用的数值方法，对0度、45度两个角度下的四柱深吃水半潜平台的VIM特性进行进一步研究。主要雷诺数范围集中在10000~100000内。采用CFD的方法建立数值模型，分析固定四柱式平台的受力特性和泄涡特性，同时对单自由度下平台在锚泊系统刚度作用下的涡激运动特性进行分析，对四柱式平台绕流的主要运动响应幅值、受力特性等进行分析，为南海海流作用下平台的涡激运动响应提供依据。