海洋立管作为连接顶部海洋平台和底部海床,用来运输海底油气资源的重要管道设备,是海洋开发中必不可少的关键装备,同时也是最薄弱构件之一。立管不仅时刻承受着外部复杂海洋环境载荷（如海流、波浪、内波等）和海面平台运动的影响,还会受到内部流经的高温高压油气的作用。这些载荷的长期周期作用以及它们之间的耦合效应,会引起立管周期往复运动从而导致立管结构的疲劳破坏。多模态参与的立管涡激振动是人们目前关注的热点课题之一。现有实验和CFD仿真计算都表明此类现象的普遍存在性,然而这两种方法在分析参数较大范围变化的影响方面都存在耗时费力的问题,难以全面揭示多稳态存在的非线性动力学现象,影响立管安全性的正确评估。因此基于尾流振子经验模型的立管流固耦合动力学研究具有重要的意义和价值,其不仅能揭示此类模型在立管多模态动力学行为方面的预报能力,也对分析实验和CFD仿真获得的动力学现象机理起到帮助和补充作用。本文主要以深海大长径比的顶张力立管为研究对象,以尾流振子描述流体的作用,应用Poincaré映射法、平均法和奇异性分析法,对立管涡激振动中出现的分岔、多稳态等非线性行为进行研究,取得如下几个方面的进展。（1）基于三阶变升力系数水动力模型,以单模态Galerkin离散结果为基础,应用平均法推导了均匀流条件下1:1主共振激励下的立管涡激振动幅频响应方程。并使用分岔奇异性理论讨论了升力系数模型中主要参数和立管涡激振动响应的关系,为经验模型中经验系数的选取提供参考和指导。通过向量场结构分析揭示了几类有潜在破坏力的瞬态动力学行为,值得工程中注意。（2）以van der Pol尾流振子模型为基础,构建顶张力立管流固耦合系统涡激振动的非线性动力学模型。并通过与国外大比尺立管涡激振动实验测量结果对比,验证了使用高阶Galerkin离散结果计算立管涡激振动响应的准确性。通过求解立管系统线性化后雅克比矩阵的特征值,分析了立管流固耦合系统的固有振动特性,并对比了立管系统剪切流和均匀流、无阻尼和有阻尼条件下的模态特征。（3）基于15阶Galerkin离散模型研究了0至0.6m/s流速范围内,线性剪切流条件下1000m长顶张力立管涡激振动横流向响应中出现的分岔现象和多稳态行为。详细探讨了各典型流速下的立管涡激振动的非线性响应特征,以及大长径比立管涡激振动响应中,多模态相互作用的现象。通过分岔图和三维频谱图总结了判断立管系统三稳态行为的方法。（4）对均匀流条件下的顶张力立管的涡激振动响应进行分析,发现对于大长径比立管系统,虽然较剪切流时表现出更多的周期运动,但是高阶模态参与、多模态相互作用的非线性振动行为依然显著。甚至同一流速时,不同初始条件下立管系统可以出现四种不同振动响应的多稳态行为,且多稳态行为中出现了立管振动的响应模态阶数和频率相同,但振幅和振型不同的现象。（5）综合考虑立管内部流体流动和平台周期性升沉时对立管产生的载荷,分析了参数激励和内流流速变化对立管涡激振动的作用影响。发现内流-参激-涡激耦合振动下,立管系统中存在相图结构复杂多变的周期运动,包括1/2亚谐共振和1:3内共振共存引起的周期运动,在一些条件下立管系统响应还存在发散失稳的风险。上述研究表明,多模态涡激振动中多稳态现象普遍存在。因此降低多稳态行为可能造成的危害,是深海立管设计与安全运行需要进一步解决的重要课题之一。