随着全球温度的进一步提高,发展清洁能源成为全球人民的共同期盼。海上风电是一种极具潜力的清洁能源,世界各国均在不遗余力地开发海洋风能资源。由于海洋地质的勘察成本高,海洋环境载荷变化复杂,导致海上风电基础的施工周期长,建造安装成本高。降低施工成本,提高施工功效,成为海上风电基础结构设计和研究的热门课题。吸力筒导管架是一种新型的海上风电基础,有施工功效高、可重复利用、无需嵌岩等众多优势,具备极大的发展前景。本文首先介绍了海上风电的发展意义和常见基础型式的结构特点,总结了国内外对吸力筒基础的研究现状,提出了在吸力筒基础的研究上存在的几个问题,并阐述了本文的研究内容和技术路线。接着,本文论述了在吸力筒导管架基础主尺度参数设计和有限元建模分析时涉及到的理论基础,包括风浪流载荷的计算理论、模态分析的理论、筒土接触问题的罚函数理论、粘弹性人工边界的原理和在有限元软件中的实现方法。在此基础上,基于不同失效模式下吸力筒基础的极限平衡方程、相关文献和工程实例经验,根据南海某海域的水文观测资料、工程地勘资料和风机资料,做出吸力筒导管架基础的主尺度参数设计。接着,本文在有限元软件ANSYS Mechanical APDL中建立叶片+机舱+轮毂+塔筒+吸力筒导管架基础+地基+粘弹性边界的全三维有限元计算模型,通过ANSYS参数化语言编程将风浪流载荷施加到结构上,研究基础在50年一遇极端工况下的强度、刚度、稳定性、安装方向和地基承载力等问题。最后,本文对风机进行了共振校核,研究采用不同边界条件对整机振动特性的影响,并对地基土的弹性模量、筒土摩擦系数和粘弹性人工边界的弹簧刚度进行了敏感性分析。研究结果表明吸力筒导管架基础能够满足大功率海上风机的承载需求,可以在入土较浅的情况下提供足够的承载力、结构强度和刚度。采用粘弹性人工边界作为有限元分析的边界条件,可以比采用传统的边界条件更加精确地掌握结构的振动特性,使风机叶轮转速更准确地避开整机的固有频率,避免发生共振。本文研究具有一定的实际应用价值,能为今后类似工程设计和计算提供参考。