1.1课题研究的目的

工字型单梁是建筑工程以及各种机械设备中的常见结构，工字形的截面形状是前辈工程大师研究创造的，它能节省大量的材料而获得几乎相近于外轮廓一样的矩形截面的惯性矩以抗弯，节省大量的材料也减轻了构件的自身重量。工业厂房的混凝土柱也仿效此形状，也有一定的效果。工字型梁在建筑和设备结构中除了受设备本身的重力和正常运行过程中产生的载荷外，实际使用中还要考虑自然现象对其产生的影响。本课题便是主要研究其在常见自然现象——风场作用下的受力变形情况。

1.2课题研究的意义

流固耦合作用是自然界客观存在的一种特殊现象，是指流体与固体之间的相互作用。流固耦合现象在自然界随处可见，然而，当耦合效应下作用在结构上的流体载荷力与结构的固有频率非常接近的时候，流体和固体组成的耦合系统就会发生共振，产生灾难性后果。最典型的例子莫过于1940年11月发生在美国华盛顿州塔科马海峡的吊桥(Tacoma—NarrowsBridge)崩塌事故。从技术角度分析，大桥与风场组成了耦合系统，耦合状态下风流场产生了一定频率的特殊卡门涡脱落现象，而这个频率与耦合系统中的结构固有频率相近，因此系统发生了共振，使得大桥剧烈晃动直至崩塌。

工字型单梁在风场中与空气形成的正是一个流固耦合系统，本课题研究的意义便在于通过研究工字型单梁结构在风场中产生的振动并分析工字型梁的受力形变等，对梁的结构参数进行设计，防止上述灾难的发生。

1.3国内外研究现状及发展趋势

流固耦合是流体力学与固体力学交叉而生成的一门独立的力学分支,它的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场影响。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用,固体在流体动载荷作用下会产生变形或运动，而固体的变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。

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。两相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。

从20世纪80年代以来, 流固耦合的研究便一直受到世界学术界的广泛关注，近年来流固耦合研究发展的3个标志为：①由线性流固耦合问题发展到非线性流固耦合问题；②由固体结构的变形和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,从而得以模拟出晃动、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。使其更加接近真实情况，从而可以更好的应用于实际情况中。

流固耦合的研究经历了持续的发展，按照发展的先后顺序，可以分为单步耦合、多步耦合、直接耦合三个阶段。