随着全球化石能源的消耗和环境污染的加剧,可再生能源的探索和开发越来越成为世界各国的重要发展战略。风能作为最具利用价值的绿色可再生能源之一,其开发利用逐渐从陆上向海上迈进,海上风力机的支撑平台是海上风力机系统不可或缺的结构,保证平台结构强度安全和防止平台发生共振对海上风力机的安全稳定作业具有极其重要意义。本文以NREL 5MW海上风力机张力腿平台为研究对象,建立平台结构三维模型,采用有限元方法分析百年一遇极端海况下张力腿平台的结构应力和振动特性,主要工作如下:1.基于三维势流理论和数值模拟技术,对张力腿平台海上漂浮式风力机进行动态响应计算,求解其在极端海况下,海上漂浮式风力机张力腿平台六自由度运动响应和水动力载荷,结果表明:当海风、波浪和海流以0°入射角作用于海上风力机系统时,其受到的水动力载荷主要集中在平台的纵荡、垂荡和纵摇方向,其他方向的载荷相对较小,可以忽略不计,同时对平台的六自由度的动态响应进行分析,发现平台的运动响应也是集中在纵荡、垂荡和纵摇方向上。2.利用CAD软件建立平台及整机的几何模型,研究极端海况下风力机系统在水动载荷和气动载荷耦合作用下,对海风、波浪和海流沿相同方向且入射角为0°、15°、30°和45°作用于整机和平台时的结构应力,结果表明:张力腿平台结构的等效应力和最大切应力皆随入射角的增大而增大;当海风和波浪以0°入射角作用,海流分别以15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°、180°入射角作用于平台时,平台结构的应力是随海流入射角变化先增大再减小,最终当海流入射角为180°时,平台的最大等效应力和最大切应力最小,且最大等效应力约为最大切应力的2倍;不同的风、波浪和海流入射角对平台结构应力影响较大,由此选择合适的海上漂浮式风力机张力腿平台的安装角对平台结构安全有重要意义。3.海上漂浮式风力机张力腿平台为薄壁复杂结构,平台预应力对平台结构刚度具有显著影响,为了保证模态参数计算的准确性,须采用预应力模态的分析方法,根据提取出的前10阶模态振型和平台的预应力固有频率,得出海洋波浪的低频运动和平台六自由度的运动响应都不会导致张力腿平台产生共振响应。