1.1目的及意义

工字梁是当今建筑行业、机械制造行业运用极为广泛的材料，它有着侧向刚度大、抗弯能力强、连接加工安装简便、成本低、精度高、内应力小的优点。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。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用,变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。变形或运动又反过来影响流，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。而现实中起重机、桥梁等受风力作用就是典型的流固耦合现象。本课题针对现实生活中一些工字梁结构实体所处的复杂环境，考虑流体压力荷载对工字梁变形的跟随效应,推导流固耦合界面传递方程，基于流固耦合算法的计算结果可准确反映工字梁的风振特性。

1.2国内外的研究现状分析

流固耦合问题的研究历史可追溯到19世纪初，人们对于流固耦合现象的早期认识源于机翼及叶片的气动弹性问题。气动弹性是研究气动力对固体的作用以及固体对流场的反作用的一门科学，核心内容就是气流激振问题。弹性体的叶片在气动力作用下形成气弹耦合的振动，当叶片在振动位移过程中，从气流中吸收的能量大于阻尼功时，振动加剧，颤振发作，也就是通常所说的失速颤振。叶片颤振涉及气动力特性和叶片固体动力特性，叶片颤振的发生与其工作状态有关。失速颤振发生时，大幅的剧烈振动会使叶片在短时间内裂断，后果极为严重。此外，流固耦合问题还在很多工程技术领域得到了研究，例如涡轮机械设计、海岸海洋工程、高层建筑工程、流体管路输送以及人体动脉流动等‘”，而这些工程领域的共同特点就是流体载荷对弹性结构的影响十分重要。

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。

单步耦合往往需要先求解结构体的变形，然后通过将结构体的变形作用于流场，进而计算系统的阻尼和稳定性。单步耦合中对流场的求解经历了从线性到非线性的发展过程。Stuart Moffatt 和 Li He先利用ANSYS计算出叶片模态振型，然后将模态振型以一定幅值耦合到流体边界，求解气动功和气动阻尼。北京航空航天大学张小伟等利用ANSYS计算了NASA67的弯曲振动阶模态，然后在流场中给定叶片振幅计算了气动力和气动阻尼。张正秋、邹正平等也利用单步耦合方法对叶轮机颤振预测和稳定性分析作了讨论。单步耦合研究叶片结构的稳定性，没有考虑到结构体和流体的相互作用，因此需要加以改进。

多步耦合法的难点在于进行时间离散之后，结构体和流体场之间的数据交互总是存在滞后。Volker Carsterns介绍了多步耦合中使用的常规交错迭代法及其改进方法；S.Piperno对带预估的交错迭代方法进行了介绍；M.Sadeghi开发出叶栅颤振的多步耦合程序，研究了不同的数据传递方法在计算中的应用。西北工业大学徐敏等针对柔性大展弦比机翼发展了一种CFD/CSD的多步耦合方法。南京航空航天大学郭同庆、陆志良等用二级精度的龙格-库塔时间推进对结构运动方程进行求解，用非定常欧拉方程双时间有限体积推进对气动力进行求解，用多步耦合的方法计算了机翼的静气弹特性。

直接耦合法又称为整体积分法，该方法对结构体和流体场用统一的方程进行描述，按照统一的数值方法进行离散求解，从而在时间上实现了同步，不存在滞后现象。Bendiksen用一种混合欧拉-拉格朗日方程对流固耦合系统进行了求解，在耦合边界面实现了欧拉格式向朗格朗日格式的转换；Ge-Cheng Zha等利用直接耦合法对失谐叶盘进行了高周疲劳预测分析。由于直接耦合法涉及到不同模型和求解方法的转换，理论尚未完全成熟，开展的应用较少，国内尚处于起步阶段。

2. 研究的基本内容与方案

设计主要内容：

1.完成专业文献检索15篇以上，每篇摘要200～300字，其中至少3篇为外文文献；