流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者相互作用的一门科学。该学科主要研究处于流体场环境中的固体结构，流体激励固体结构，固体结构变形又引起固体结构周围流场的变化等问题。流固耦合力学的特征是流体与固体两相介质之间的相互影响。也正是由于流固耦合力学是流体与固体结构的混合作用行为，在大自然中才会呈现许多形形色色的流固耦合现象，因为大自然包括的物质有固体、气体、液体，而气体与液体均属于流体类，所以几乎流固耦合现象几乎到处都是。

近年来,流固耦合研究发展经历了三个重要阶段：1) 由线性流固耦合问题发展到非线性流固耦合问题；2) 由弹性固体结构的变形、强度问题发展到固体的屈曲问题；3) 计算格式从单纯的固体有限元格式或流体的差分格式到混合或兼容的流固格式。现已能在固体和结构中考虑材料非线性和几何非线性；在流体中也开始考虑有粘性和空化等效应的流体模型，从而可以模拟出晃动、空化、飞溅等流固耦合行为。在流体激发振动中也已经开始考虑复杂的结构阵列和流体流动。

随着研究的深入，非线性问题仍然引起专家们的关注，我国的流固耦合问题的研究起始于20世纪末。对于流固耦合范畴中的壳液耦合系统的自激振动响应、柱形弹性容器中液体在高频激励下产生低频大幅重力波现象、矩形储液壳中的液体进行高频激励时的储液壳响应等问题，著名学者，除景满、刘习军等已经进行了非常深入的研究，在其很多著作中曾提到利用平均法对壳液耦合系统的自激振动可以进行分析，并且顺利的解释了中华文物龙洗的奇异现象；还提到柱形弹性容器中液体在高频激励下产生低频大幅重力波此现象是由组合共振引起的；而且在他的论文中首次提到圆柱形储液壳的低频大幅重力波现象。就柱形弹性容器中液体在高频激励下产生低频大幅重力波现象，王大钧学者也曾应运实验的方法研究过。

在国外，对于规则横浪中的船舶与周围液体的流固耦合动力学问题，学者Nayfeh 和 Sanchez 考虑了阻尼力矩和复原力矩非线性的前提下，分析了船舶具有定常横倾角与不具有定常横倾角的两种情况，船舶在遭遇各种的横波倾角和遭遇各种不同的频率横波作用下，船舶横摇运动的稳定性、波浪作用下船舶的横摇运动情况下的复杂动力学响应问题。

总而言之，21世纪，液固耦合力学问题同其它力学分支一样，仍然还是主要围绕非线性问题进行研究。如：各种壳类容器中的大振幅重力波产生的分岔行为、混沌现象等非线性问题还有待继续研究；对于航空飞行的航天器容器的非线性动力学问题，由于考虑的环境作用因素比较复杂，所以现在还是相当的复杂；船舶在随机波浪作用下的复杂非线性动力响应、分岔和混沌以及导致船舶倾覆的概率问题仍需进行更加深入的研究。上述可得：有关流固耦合、液固耦合的非线性问题还有相当的工作尚待开展。

2. 研究的基本内容与方案

此次设计的基本内容为圆型单柱结构流固耦合风振特性分析，流固耦合问题可由其耦合方程定义，这组方程的定义域同时有流体域与固体域。而未知变量含有描述流体现象的变量和含有描述固体现象的变量，一般而言具有以下两点特征：（1）流体域与固体域均不可单独地求解；（2）无法显式地削去描述流体运动的独立变量及描述固体现象的独立变量。从总体上来看，流固耦合问题按其耦合机理可分为两大类:第一类问题的特征是耦合作用仅仅发生在两相交界面上，在方程上的耦合是由两相耦合面上的平衡及协调来引入的如气动弹性、水动弹性等。第二类问题的特征是两域部分或全部重叠在一起，难以明显地分开，使描述物理现象的方程，特别是本构方程需要针对具体的物理现象来建立，其耦合效应通过描述问题的微分方程来体现。实际上流固耦合问题是场（流场与固体变形场）间的相互作用：场间不相互重叠与渗透其耦合作用通过界面力（包括多相流的相间作用力等...）起作用，若场间相互重叠与渗透其耦合作用通过建立不同与单相介质的本构方程等微分方程来实现。主要目标为探究圆型单柱结构在流场内所受的影响以及对流体产生的影响。利用ANSYS15.0,使用迭代求解，也就是在流场，结构上分别求解，在各个时间步之间耦合迭代，收敛后再向前推进。好处就是各自领域内成熟的代码稍作修改就可以应用。其中可能还要涉及一个动网格的问题，由于结构的变形，使得流场的计算域发生变化，要考虑流场网格随时间变形以适应耦合界面的变形。

3. 参考文献

1. 中华人民共和国国家标准GB3811-2008 起重机设计规范［M］.中国标准出版社.

2. 交通部水运司. 港口起重运输机械设计手册［M］.人民交通出版社.2001.

3. 机械设计手册(第六版)［M］.化学工业出版社.2016.