基于数值子结构方法研究大型复杂结构的非线性计算问题时,通常将其分解为整体主结构适度规模的线弹性分析,及数量和规模都较小的局部构件隔离子结构非线性分析问题。主子结构之间满足边界协调条件,并通过非线性修正力进行耦合。但是该方法仍存在一些不足,无法精确、高效地应用于实际工程问题中。首先,在过往的研究中,非线性修正力是通过隔离子结构模型的静力分析得到的,即仅仅考虑了静力修正。本文将子结构的静力分析问题拓展到动力分析问题中,考虑精细化子结构的质量重分布,在非线性修正力中增加惯性力修正项,从而使拓展后的数值子结构方法能够更精确的模拟子结构中的动力响应问题。其次,使用非迭代的数值子结构方法收敛性要求高,计算步长很小,导致计算耗时,计算效率较低。本文提出隔离子结构边界的响应预测方法,使用预测后的位移、速度和加速度计算非线性修正力,该方法能在保证精度的前提下,显著增加非迭代算法的计算步长,提高计算效率。最后,当对结构局部区域受到外力、遭受严重破坏,最终导致整体结构失效的情况进行分析和模拟时,必须考虑外力的分布形式和局部隔离子结构的动力响应。本文对子结构中有外力分布时的非线性修正力计算公式进行推导。考虑子结构中有分布外力的数值子结构方法能够精细化模拟局部区域受到外力而发生严重破坏的失效机制。基于以上三点改进的数值子结构方法,本文通过对梁柱和平面连续体构件进行动力分析,与具有不同精度网格的精确解模型进行对比,系统地验证了该方法的计算精度和计算效率。作为拓展后的数值子结构方法的验证和应用,本文采用该方法研究了海上风机系统地震动力响应。考虑了海上风机系统上部结构与风的流固耦合,及非线性土对下部支撑结构在地震荷载作用下动力响应的影响。计算结果表明,将数值子结构方法应用至大型海上风机系统在地震作用下的动力响应分析中能有效提高计算效率。