在全球变暖的大背景下,发展可再生能源成为关键。海上风电因其相较于陆上风电突出的优势,受到广泛的关注。随着海上风电技术的逐渐成熟,海上风电场呈现出由近海向深海发展的趋势。因此,海上浮式风机成为了海上风电技术的研究热点。海洋环境极为复杂,海上浮式风机时刻受到复杂多变的风、浪、流载荷,并且载荷之间相互耦合。本文基于经典叶素动量理论考虑气动修正模型,包括风剪切及塔影效应、动态失速模型和尾流倾斜模型,编写了非定常气动载荷模拟程序,基于三维势流理论求解了浮式基础水动力载荷,并研究了二者的相互耦合关系。结果表明,浮式基础水动力载荷对气动载荷影响较大,气动载荷频率成分中波浪频率占主导。海上浮式风机系统结构极为复杂,各结构之间存在动力耦合关系。本文基于多体动力学思想,建立海上浮式风机刚-柔耦合多体动力学模型。根据连续介质力学理论,采用一致质量有限元法离散多体系统柔性结构,基于Jourdain速度变分原理和一次近似建模理论推导刚-柔耦合多体动力学方程,通过向后差分法(BDF)数值求解微分-代数方程组。编写MATLAB程序,实现刚-柔耦合多体动力学方程推导及求解。以NREL OC4-DeepCWind海上浮式风机系统为例,通过本文程序计算分析了基础自由衰减特性、塔柱固有频率、叶片固有频率、风轮气动特性以及旋转叶片的“动力刚化”现象。风浪联合作用下,研究了叶片轴向变形二次耦合项的影响、波浪载荷二阶效应的影响以及浮式风机系统的耦合响应。结果表明,旋转叶片会发生“动力刚化”现象,随转速的增加叶片刚度增加,影响叶片的变形。风轮气动性能受基础影响显著,输出功率和推力响应频率以基础运动频率为主。二阶波浪力对浮式基础运动影响较大,在低频区域激发基础自振,在高频区域激发塔柱自振。气动载荷对浮式基础运动幅值影响较小,主要引发基础运动平衡位置的偏移。