海上风能资源丰富,研发海上风机成为一种趋势。但海洋环境复杂,深海风机结构承受着风载、波浪载荷和流载荷等多种随时间和空间变化的随机载荷,风机的某些结构如叶片、塔筒和浮式平台等也有可能由于外界激励力的作用导致破坏。因此针对海上浮式风机在深海海洋环境下进行动态特性研究对风机设计具有指导意义。FAST程序软件是由NREL(美国国家能源部可再生能源实验室)开发的开源程序,主要用于仿真风机各个工况下的载荷。本文利用FAST程序分析海上浮式风机的动态特性,对海上浮式风机的主要结构和整机进行了动态特性仿真,并开发了海上浮式风机设计与分析软件。所开展的主要工作包括:(1)根据IEC-61400-3风机设计规范,对NREL 5MW海上浮式风机在风载和波浪载荷联合作用工况下进行载荷分析。(2)根据线性化理论和模态分析理论对海上浮式风机进行模态计算。分析了风机不同转子转速下,风机叶片、塔筒和浮式平台各个自由度方向上的频率,得到了海上风机的坎贝尔图。(3)建立了海上浮式风机三维几何简化模型,研究了风机结构的振动疲劳。进行了共振条件下的载荷进行分析,得到了载荷的功率谱密度,利用有限元分析软件ANSYS分析了结构的振动情况,根据Steinberg理论进行疲劳寿命估算。(4)基于VB编译开发了海上浮式风机设计与分析软件,实现了参数化建模、FAST前处理参数设置、FAST分析和结果后处理生成报告功能,为海上浮式风机提供了设计分析工具。本文研究表明,极端工况下风机载荷是稳定产电工况下的100~200倍;海上坎贝尔图表明风机在额定转子转速范围有共振现象存在,共振使风机结构寿命减少38.3%~73.05%。