随着全球资源的紧缩、对能源要求的提升和风电行业的兴起与深入,风力发电机正向着“由陆地到海洋,由浅水到深水,由固定式基础到漂浮式基础,由小功率到大功率”的趋势发展。大型海上浮式风机承受多方面的载荷,其受力和动力响应并不是小功率风机的倍增,而是发生了质的变化。本文旨在使用数值分析技术,探究10 MW级单柱式海上浮式风机的动力响应,分析研究对象在不同海况下的动力性能,并与已经较为广泛研究的5 MW单柱式浮式风机的动力性能作比较,总结10MW级浮式风机的优势和问题。此外,本文针对浮式风机塔架的振动问题,综合应用变轴力变截面欧拉梁的自振解析方法和多种边界条件,给出求浮式风机塔架横向自由振动固有频率和阵型半解析解的普遍方法。本文的主要研究工作总结如下:1.详细介绍了风电和大功率海上浮式风机的研究背景,给出本课题相关研究方法和研究现状的综述。2.详细介绍了DTU 10 MW基准风机和单柱式浮式支撑结构,给出各结构模块的主要参数。应用三维频域势流理论,计算支撑平台的水动力系数,包括一阶波浪激励力、附加质量和势流阻尼等,初步分析浮体的水动力性能。3.应用FAST软件,综合考虑各种海洋环境条件,对10 MW级单柱式浮式风机进行时域的动力响应计算,并应用离散的傅里叶变换,求出频域的动力响应特征。4.选取典型工况,比较研究对象和已被广泛研究的5 MW单柱式浮式风机的动力响应,总结10 MW级单柱式海上浮式风机的优化方向。5.应用统一边界条件下的变截面变轴力伯努利欧拉梁的横向运动特征方程,计算出关于单柱式海上浮式风机塔架横向自由振动的频率和模态函数的半解析解。以此方法为基础,应用MATLAB数学工具,开发浮式风机塔架自由振动的计算程序。