海上浮式风机是海洋工程领域的一种新型技术，它的开发涉及多门学科的交叉应用，包括空气动力学、风机控制系统、流体力学及结构动力学等。为了更好的发展我国海上浮式风电行业，需要提出新型的海上浮式风机结构体系，并开展风-浪联合作用下的结构响应评估及优化。本文结合半潜式基础和单立柱式基础稳性特点，提出了一种新型格构式基础概念，设计并优化了格构式基础尺寸。基于风机空气动力-水动力-结构动力-控制系统耦合分析理论，研究了格构式基础浮式风机在风浪联合作用下的耦合动力响应。主要内容如下：
　　①根据初步设计的格构式基础浮式风机参数，考虑浮筒直径、垂荡板直径、浮筒距中轴线距离对格构式基础水动力性能的影响，并进行了系统的参数分析，对格构式基础的结构尺寸进行了优化。然后，采用Morison方程和势流理论，分析得到了格构式基础浮式风机的水动力参数，包括附加质量、势流阻尼、波浪力（矩）以及运动幅值响应算子(response amplitude operator,RAO)。计算结果表明，本研究提出的新型格构式基础浮式风机的垂荡、纵摇及横摇固有周期分别约为23s、20s和20s，均显著高于我国海域波浪的典型周期，可浮式风机与波浪间的共振响应，具有良好的耐波性。
　　②建立了风机-塔架-浮式基础-系泊系统耦合动力模型，对比分析了格构式基础浮式风机和单立柱式浮式风机运动响应，结果表明：在纵荡、横荡和垂荡三个平移自由度上，格构式基础和单立柱式浮式风机均表现良好，且性能相当；在纵摇、横摇和艏摇三个转动自由度上，格构式基础浮式风机表现优于单立柱式浮式风机，尤其是纵摇和横摇性能，具有更好的稳定性。对不同海况和浪况下的浮式风机系统的动力响应进行分析，结果表明：格构式基础浮式风机的纵荡和垂荡运动主要由风载荷引起；纵摇运动同时受风速、波浪的变化影响；在额定风速下纵摇运动幅值最大，垂荡运动受波浪的变化影响更明显。模拟了不同发风浪入射角对格构式基础浮式风机动力响应的影响，结果表明：格构式基础浮式风机的纵荡及垂荡响应受风浪入射角的变化影响较小；横荡、纵摇和横摇响应受风浪入射角影响较大；当环境荷载方向与结构体系的主轴方向不一致时，艏摇响应会稍有增大。研究了格构式基础浮式风机在1年一遇和50年一遇环境海况下的动力响应，结果表明：格构式基础浮式风机在两种极端海况下的垂荡均满足±3.5m的要求；纵摇响应满足平均俯仰角小于5°、动态俯仰角满足小于15°的要求；由于格构式基础浮式风机的对称性，其在两种极端海况下的艏摇响应均较小。
　　③我国沿海地区为台风频发区域，为了研究在台风极端环境下的海上浮式风机动力耦合响应特性。首先，本文基于多个影响我国沿海区域的台风数据，采用台风模型和谐波合成法模拟生成了穿心强台风、台风过境及稳态强风三种情况下的风速时程数据格，结果表明：穿心强台风的风速时程具有较强的非平稳性，平均风速大小及方向随时间不断变化，而台风过境风速时程的非平稳性较弱。其次，模拟了穿心强台风、台风过境及稳态强风三种工况下格构式基础浮式风机的耦合动力响应，分析了风速的非平稳性对其动力响应的影响，结果表明：浮式风机塔筒底部载荷及运动响应在穿心强台风、台风过境工况下波动幅度变化较大，与外部风速变化趋势一致；由于非平稳风的风向不断变化，会引起塔筒底部产生较大的扭矩，浮式风机会产生较大的艏摇运动响应。