海洋立管、海底管线和海上浮式风机系泊缆等柔性圆柱结构在海流作用下出现的涡激振动(Vortex-induced vibration,VIV)是导致结构疲劳损伤的重要因素。迄今为止,关于圆柱涡激振动响应特性的研究已广泛开展并取得了大量研究成果。然而,关于圆柱VIV水动力特性的研究仍有待进一步开展。目前,圆柱结构涡激振动的预报主要依靠经验模型,由于经验预报模型的水动力系数主要来源于刚性圆柱受迫振动实验数据,直接导致涡激振动预报与实验结果存在较大的差异。基于此,本文开展了系列的研究工作,建立了考虑横流向和顺流向耦合作用的流体力模型,通过有限元模型逆向求解结构受到的流体力,根据最小二乘法分解为升力系数、脉动阻力系数和附加质量系数。为进一步验证本文提出的流体力计算方法,开展了柔性圆柱涡激振动室内模型实验,观测了VIV的响应特性,并重点分析了垂直柔性圆柱和倾斜柔性圆柱涡激振动水动力特性。理论分析与实验观测的研究结果表明:(1)垂直柔性圆柱涡激振动的升力系数和脉动阻力系数随约化速度变化趋势与刚性圆柱相似,高阶模态被激发后,柔性圆柱升力系数和脉动阻力系数与刚性圆柱的差异显著增大;振动频率较高时,附加质量系数与响应位移相关性较强;振动频率较低时,由于涡激振动的自激励-自限制性,位移较大区域为能量耗散区,能量由结构转移到流体。(2)倾斜柔性圆柱结构的响应位移随倾角的增大并无明显下降趋势,但高阶模态更容易被激发。(3)对于倾斜柔性圆柱结构,随着倾角的增大,升力系数和脉动阻力系数显著减小。倾角对附加质量系数影响明显,倾角45°时的附加质量系数一般大于倾角0°时的附加质量系数。上述研究结论的取得,弥补了相关圆柱结构涡激振动流体力系数识别方面的研究不足,获取的垂直状态和倾斜状态下柔性圆柱涡激振动受力特性进一步完善了相应涡激振动理论体系。因此,本文研究工作具有重要的理论价值和工程意义。