软刚臂系泊系统（Soft Yoke Mooring System,SYMS）是浅海油气开发的一种重要装备,常见于我国渤海及墨西哥湾海域的油气开发领域。作为一种顺应式海洋平台系泊结构,软刚臂系泊系统利用多铰连接的形式有效减少了海洋环境荷载对生产装备稳定性的作用,近年来软刚臂系泊系统逐渐受到其他海洋开发领域的关注。随着服役时间和服役数量的增长,在役软刚臂系泊系统发生了多次不同形式的失效事件。因此在役系泊系统安全评价是生产单元作业决策和运行维护的重要保障。准确描述在役系泊结构的力学行为和连接结构健康状态是系泊系统安全评价的前提。由于海洋环境荷载和软刚臂系统多铰连接的复杂性,仅依靠数值模拟和理论分析无法反映软刚臂系统在真实海况下受到的荷载信息、各部件真实运动状态和受力状态。同时,随着服役时间的增加,准确地掌握系泊系统重要连接组件的损伤状态和剩余寿命成为亟待解决的科学问题。本论文基于我国渤海海域的在役软刚臂系泊单元建立的现场监测系统,开展了面向现场监测的软刚臂系泊系统动力特性分析和实时损伤评估方法研究。针对海洋环境荷载非稳态随机成分和系泊结构运动难以准确预估的问题,为分析软刚臂系泊系统在服役期间受到的真实环境荷载和结构运动信息,建立了完善的软刚臂系泊系统原型监测系统,包括海洋荷载监测子系统、结构运动监测子系统以及关键节点监测子系统。对浮式生产储卸油装置（Floating Process Storage Offloading,FPSO）和软刚臂系泊系统在服役过程中受到的海洋环境荷载及结构响应进行实时监测。监测系统采集的长期监测数据,为在役软刚臂系泊系统实时多体动力特性分析和连接结构损伤评估研究提供了数据基础。针对在役软刚臂系泊系统安全分析缺乏考虑多体动力学效应的问题,开展了考虑多铰连接特性的软刚臂多体动力学数值模拟研究,建立了一种适合现场应用的多体动力学分析模型。结合现场监测条件,提出了在役软刚臂系泊系统运动测量方法,考虑连接结构的摩擦行为,构建了软刚臂系泊系统内力实时计算方程。利用现场监测数据,证明了提出的测量方法能够准确地描述软刚臂系泊系统在服役过程中的运动状态。对比静力学方法,分析了 FPSO六自由度运动对铰节点的循环荷载作用的影响,解决了在役软刚臂系泊系统系泊内力监测的问题。进而,基于长期监测数据获得了软刚臂系泊系统关键节点荷载谱,为未来软刚臂系泊系统设计提供了有效的荷载分析资料。考虑到软刚臂系泊系统无固有频率、振型等典型力学特征的特点,针对软刚臂系泊系统极端工况难以准确预估的问题,提出了一种适用于现场监测的双向聚类算法。双向聚类算法通过溯源和汇流两个步骤,能够高效的提取数据集中出现次数少,数据占比小的小聚类簇。同时,基于噪声特性提出了一种适合双向聚类算法的去噪方法,能够自动确定聚类簇数,合理的为各数据簇分配不同的截断距离和截断局部密度,在图像分析、随机数据分析中取得了较好的聚类效果。基于软刚臂系泊系统长期监测数据,利用双向聚类方法计算得到了156组特征工况,获得在役软刚臂系泊系统极端工况。结合现场监测条件,针对软刚臂系泊系统长期服役导致的连结结构损伤问题,提出了一种基于虚拟力矩的软刚臂系泊系统铰节点实时损伤识别方法。虚拟力矩方法将铰结构损伤识别问题转化为寻找动力学识别方程最优解问题,基于外部测量信息,利用遗传算法实时评估在役软刚臂系泊系统连接结构损伤位置和损伤程度。搭建了软刚臂系泊系统大比尺实验模拟平台,验证了虚拟力矩方法对软刚臂铰节点损伤识别的有效性。进而,结合有限元计算,提出一种软刚臂系泊系统铰节点实时疲劳寿命计算方法。方法通过建立系泊结构运动、损伤状态及关键过程区域之间的对应关系,结合现有软刚臂系泊系统监测手段,对铰节点剩余寿命进行实时预估。针对监测数据聚类分析中发现的软刚臂系泊系统大幅度横向振动的危险行为,开展了横向振动机理分析和减振设计。大幅度的横向振动,在运动学上极易造成系泊刚臂压载水箱与船艏碰撞。同时,铰节点受力增大,将加速铰节点损伤。利用数值仿真、模型实验对软刚臂横向振动问题进行分析,确定了横向振动产生的原因为受波浪激励引起的共振行为。在保证软刚臂纵向恢复力特性的基础上,构建了基于TLD的软刚臂系泊系统减振装置,开展了多个舱位多工况的减振试验,试验结果显示,所提出的TLD减振装置具备有效减小软刚臂横向振动的能力。