现今,从浅海走向深水,是世界海上石油和天然气资源开发的大趋势,工业界和研究学者们也把目光越来越多的聚焦在深水工程上来。模型试验水池的空间尺度有限,随着深水工程的发展,当浮式平台的工作水深增加到1500米～3000米时,目前世界范围内模型试验水池的空间尺度已经不足以支持对全水深下浮式平台及其锚泊系统进行合理比尺的模型试验。因此,需要在截断水深下对浮式平台进行物理模型试验,那么锚泊系统需要重新设计以确保平台具有与全水深下一致的运动性能。锚泊系统是深水浮式平台定位和运动约束系统,为平台提供静回复力和阻尼力。考虑作用在上部浮式平台的静态和动态环境载荷,锚泊系统需要提供足够的静回复力和阻尼力以保证平台被限制在井口周围一定范围内运动。在不规则波的激励下,浮式平台会受到二阶低频慢漂力的作用。低频慢漂力通常会引起平台在水平方向上的大幅低频共振运动,因此,锚泊阻尼水平对于深水浮式平台运动响应来说十分重要。一旦截断水深锚泊系统可以具有和全水深锚泊系统等效的静回复力特性和低频阻尼特性,那么其就有可能代替全水深锚泊系统而直接进行物理模型试验。本论文以截断水深下锚泊系统的等效优化设计为核心,以深水半潜式平台为研究对象,对锚泊系统静力和低频阻尼同时等效截断的模型试验方法进行研究。研究工作主要包括以下几部分内容：1.锚泊系统静力和阻尼计算方法及其试验研究：首先,阐述使用分段外推法求解锚泊系统所提供静回复力的步骤；然后,对考虑法向和切向拖曳力以及锚泊线底部与海床之间摩擦力的改进拟静力锚泊阻尼计算方法进行理论推导和介绍,并且通过与其他学者研究结果以及AQWA软件计算结果的比较分析,验证该简化计算方法的正确性和有效性；最后,以悬链线式锚链为研究对象,使用1：70缩尺比在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室非线性波浪水槽进行物理模型试验,通过试验结果和简化计算结果的比较分析,进一步验证该方法的正确性和有效性。2.锚泊系统静回复力和阻尼对深水半潜式平台运动响应的影响：首先,介绍三维势流理论下的频域分析方法；然后,阐述基于Cummins脉冲响应理论的间接时域耦合分析方法；最后,以深水悬链线式锚泊系统为基准,分别以静回复力刚度相同、锚泊系统阻尼不同和静回复力刚度不同、锚泊系统阻尼基本相同为原则,各设计两组对比锚泊系统,并以一座工作水深为1500m的深水半潜式平台为研究对象,分别对其在以上五组锚泊系统约束条件下的运动响应进行时域耦合计算,并对各组锚泊系统约束下平台运动响应的低频和波频成分进行对比分析。3.截断水深下锚泊系统等效优化设计：首先,根据锚泊系统静力特性一致为等效原则,应用遗传算法对截断水深下锚泊系统进行等效优化设计,开发相应的优化设计程序,并对实例进行优化设计；然后,提出新的截断水深下锚泊系统优化设计方法,根据锚泊系统静回复力和低频阻尼特性同时等效的设计原则,利用遗传算法针对新的加权目标函数对截断锚泊系统进行优化设计,开发相应程序,并对实例进行优化设计；最后,以1500m工作水深半潜式平台为研究对象,对平台在全水深锚泊系统、仅静力等效截断锚泊系统以及静力和低频阻尼同时等效截断锚泊系统约束下的运动响应进行比较计算,以验证新的截断锚泊系统等效设计方法优越性。4.锚泊系统静力和低频阻尼等效截断试验方法的适用性研究：首先,讨论该模型试验方法是否适用于不同型式的锚泊系统。在这部分研究工作中,分别以悬链线式锚泊系统、半张紧式锚泊系统和张紧式锚泊系统为研究对象,对半潜式平台在全水深和截断水深条件下遭受极端工况和工作工况环境载荷时的运动性能进行数值模拟,并对其全水深结果和截断水深结果进行比较分析。然后,讨论该模型试验方法在不同截断水深下的适用性。在这部分研究中,以1500m悬链线式全水深锚泊系统为研究对象,分别设定截断水深为700m和400m,利用锚泊系统静力与低频阻尼等效截断的方法对半潜式平台在截断水深下运动性能进行数值模拟,并对全水深结果和不同截断水深结果进行比较分析。5.锚泊系统静力和低频阻尼等效截断的模型试验与验证：为了实现和验证锚泊系统静力和低频阻尼等效截断试验方法的可行性,以某半潜式平台及其全水深和截断水深锚泊系统为研究对象,在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室进行物理模型试验。该模型试验遵循Froude相似准则,按照海洋浮式结构物模型试验常用的1：70缩尺比加工制作半潜式平台模型以及全水深和截断水深锚泊模型。试验在非线性波浪水槽中进行,在规则波和不规则波工况下,对半潜式平台在全水深和截断水深条件下的运动响应进行比较分析,其结果吻合良好。