风能作为一种具备商业化开发前景的可再生能源已经引起世界各国广泛关注。中国风资源储量次于美国以及俄罗斯,排名世界第三,其中陆上风资源储量为253百万千瓦,海上风资源为750百万千瓦。随着风能资源的不断开发利用,陆上风资源将慢慢开发殆尽,海上风电由于其稳定的高风速、低湍流强度以及能够降低视觉污染的优势,成为未来风能开发的主要方向。在世界范围内,海上风电大国中可利用的风能资源所在的水深大都在30米以上,传统的固定式风机基础结构在超过此水深后经济性及可实施性较差,使得浮式风机基础结构成为研究的热点。本文基于行业发展背景以及方向,采用张力腿结构的浮式风机系统作为研究对象,使用数值模拟以及实验研究相结合的方式分别对张力腿附属浮筒尺度效应对浮式风机系统动力学响应影响、二阶水动力学对张力腿浮式风机系统的动力学响应影响、张力腿结构浮筒强度影响因素以及新型张力腿结构整体性能进行了探索研究,主要内容以及研究成果如下:考虑附属浮筒尺度效应的张力腿浮式风机系统动力学研究与分析。应用美国国家能源实验室5MW风机模型,使用全耦合数值模拟计算方法,进行了六种不同附属浮筒尺寸的张力腿浮式风机系统的数值计算分析研究,并在哈尔滨工业大学风浪联合实验室进行了不同工况下的1:80缩尺比例实验。数值模拟研究表明附属浮筒尺寸效应不可忽略,附属浮筒结构有助于高水动力附加质量以及阻尼、降低激振力,其对于纵荡的动力学影响较小;通过特定工况的试验验证了附属浮筒对于张力腿纵荡以及横荡方向位移响应的有利作用,并发现特定条件下存在最佳附属浮筒尺寸,在波-风耦合荷载条件下二阶水动力学荷载对于浮式风机系统响应影响不容忽视。考虑二阶水动力学以及附属浮筒影响的张力腿浮式风机系统动力学响应研究分析。使用在海洋结构中应用的Sea Fem软件进行了考虑二阶水动力学以及附属浮筒影响的张力腿浮式风机系统的六个自由度响应计算分析,并同仅考虑一阶水动力学响应的结果进行比较。研究表明,如果仅考虑一阶水动力学其得到的位移以及转角自由度存在偏差;横摇转角、纵摇以及横摇弯矩对二阶水动力学响应敏感;考虑二阶水动力学影响可以降低降张力腿系泊系统平行于来波方向受力。浮式风机用张力腿结构强度研究分析。采用美国麻省理工学院出的浮式风机张力腿结构,在一定的外在环境条件下进行了不同厚度、顶部连接段、内部横向及竖向加劲肋、附属浮筒形状以及附属浮筒与主浮筒连接角度对整体结构应力的影响研究与分析,并出了降低应力集中减轻结构重量的方法。对未来的结构设计供可借鉴的结构布置方式以及设计方法。采用新型张力腿结构的浮式风机系统整体性能计算与试验研究。基于出的全寿命期结构设计方法以及前面研究成果出一种新型张力腿结构HITTLP,对采用HIT-TLP结构的浮式风机系统进行考虑一阶、二阶水动力荷载下的动力学响应分析,并且与采用麻省理工学院张力腿结构(MIT-TLP)的浮式风机系统进行对比分析;进行了新型张力腿结构内部布置以及整体应力强度计算;对采用新型结构的浮式风机系统在哈尔滨工业大学风浪联合实验室进行1:80缩尺对比实验。数值计算对比研究表明,合理的附属浮筒尺寸有助于降低二阶水动力学荷载对于系统的动力学响应;实验结果表明采用新型张力腿结构的浮式风机系统具有更优异的动力学性能,同时通过实验发现了在特定工况组合下,风机外部荷载与自身转动耦合效应所产生的荷载对于浮式系统的响应要高于极端工况下荷载对浮式系统的响应。