近年来，内波造成海洋工程结构物的破坏屡见报道，对于海洋油气开采中必不可少而又贯通水深的立管而言，内波经过时势必会对其产生重大影响。内波是以怎样的形式作用在细长的海洋立管上，立管在其作用下动力特性如何，当海洋内波与其他海洋环境荷载共同作用时，立管又会呈现怎样的动力响应，这些问题是当前海洋工程学术界和工业界共同面临的挑战。本文试图用实验和数值模拟两种方法探讨内波对圆柱体的作用力，再将此作用力施加在海洋工程中常用的两种立管（顶部施加张力的顶张力立管和自由悬挂的钢悬链线立管）上，用数值方法计算分析其动力特性，最后研究海洋内波与表面波和顶部浮式结构共同作用时海洋立管的动力响应。首先在内波水槽中进行小段竖直圆柱体上内孤立波作用力实验，采用染色摄影技术以及PIV示踪粒子技术获得内孤立波波形和流场时空特征，利用测力系统测量处于不同深度的小段圆柱体作用力，以此为基础，确定内孤立波对长圆柱体作用力沿深度的分布情况。同时探讨内孤立波振幅、圆柱体直径和圆柱体所在深度对作用力大小的影响。其次，采用KdV方程或mKdV方程模拟内孤立波波形、波致水质点速度和加速度，再结合Morison公式建立内孤立波作用力模型，将数值模拟的计算值与实测值进行对比，结果表明：采用KdV或mKdV方程得到的波形、下层流体中内波致流速大小、方向以及流速沿深度的变化情况与实验结果一致。然后，基于达朗伯原理建立顶张力立管的控制方程，采用内孤立波作用力数值模型模拟内孤立波作用力，利用Newmark-β法在时域内对内孤立波作用下顶张力立管的动力反应进行数值求解。基于以上理论编制程序TTR_ISW，并应用该程序对南海实测内孤立波作用下的顶张力立管进行数值模拟。结果表明：顶张力立管在内孤立波强烈的剪切作用下会产生很大的位移和应力，内孤立波波谷传到立管中心线时，立管位移达到最大，两层流体界面附近的顶张力立管区段有可能在此时发生剪切破坏，故对内波多发海域的立管进行设计计算时应该考虑内波作用。研究还表明：顶部张力、内流速度、弹性模量、壁厚等因素对于顶张力立管在内孤立波作用下的响应均有一定程度的影响。另外，基于细长柔性杆理论(the rod theory)考虑大变形建立钢悬链线立管控制方程，采用内孤立波作用力数值模型模拟内孤立波作用力，用Newton-Raphson方法迭代求解钢悬链线立管的静力位形，基于静力平衡位形，在时域内采用Adams-Moulton方法求解钢悬链线立管非线性运动方程，编制相应的计算程序SCR_ISW。应用该程序计算了当内孤立波传播方向与钢悬链线立管所在平面呈不同角度时钢悬链线立管的响应。结果表明：由于钢悬链线立管的三维特性，内孤立波传播方向不同会导致立管的响应不同，当内孤立波作用于钢悬链线立管平面内时立管的响应最大。最后，同时考虑内孤立波、波浪、顶部浮体运动等荷载的共同作用，建立深水顶张力立管和钢悬链线立管在多种荷载作用下的非线性运动方程，用有限元法在时域求解，进而求得立管的联合响应。波浪的模拟采用线性波浪理论，顶部浮体运动采用Sexton推荐的方法，内孤立波作用采用本文建立的作用力模型。计算结果表明：内孤立波对立管的影响远大于表面波的作用，顶部浮体运动的作用也相当显著。当立管遭受这三种荷载联合作用时，立管以表面波和顶部浮体运动的频率振动，而内孤立波的作用类似缓慢但巨大的冲击力。