当流体流经柱形结构物时,流体对结构的作用力促使柱体产生振动,柱体的振动又反过来改变流体的流动,这种现象被称为涡激振动。在涡激振动中,除柱体的振动外,还包含着流体流动分离、漩涡脱落等一系列复杂的流固耦合现象。影响参数众多,既需要考虑流体的流速、压力、粘性等参数,又需要考虑柱体的质量、阻尼和刚度。柱形结构的涡激振动问题是工程实践中经常遇到的一类问题,柱体强烈的振动甚至会导致其破坏,因此,它具有重要的科研价值和实际意义。本文以此圆柱涡激振动切入点,通过建立数值模型,研究单柱体、多柱体在流体作用下的涡激振动响应和水动力特性,同时对其受力、流场、涡量情况进行分析。本文的数值模型在笛卡尔网格系统下建立,以连续性方程和Navier-Stocks方程为流体的控制方程,使用基于 CIP 算法的 CIP-ZJU(Constrained Interpolation Profile method in Zhejiang University)模型对控制方程进行离散,具有计算速度快、精度高的特点。基于多相流理论对流体和固体实现同步求解,使用入侵边界法确定固-液交界面。首先,对雷诺数R= 100、质量比M*= 10条件下单圆柱的涡激振动进行模拟,模拟结果与现有文献吻合良好。文中重点分析了圆柱的振幅、振动频率和受力情况。结果表明,在折合速度Ur=4-8时,圆柱进入“锁定区间”,出现了较大的振幅,最大振幅出现在Ur=5处,达到了 0.6D,脱离锁定区间后,振幅则保持在较低的水平。在折合速度较大时,还观察到了升力和位移之间的相位突变。随后,对串列排布的双圆柱系统进行数值模拟。多圆柱情况下,流场较单圆柱情况更为复杂,柱体的振动时程曲线也呈现不规则的趋势。文中详细分析不同间距比和不同折合速度下的振动响应,并考虑上游圆柱固定和上游圆柱自由振动两种情况下下游圆柱的涡激振动响应。研究发现,串列情况下下游圆柱的最大振幅要明显大于单柱的情况。最后,本文考虑了刚性连接的三圆柱系统的涡激振动问题。刚性连接的柱体具有相同的振动位移和速度,柱体间保持固定的相对位置。三圆柱的排布方式呈正三角形,研究间距比和攻角变化对涡激振动响应的影响。研究表明,攻角变化对三圆柱系统的振动具有一定影响,三圆柱的振动响应、涡脱状态和流体流动状态都因攻角不同而产生变化。本文的主要创新点如下:(1)将CIP方法应用于涡激振动问题的研究,与现有文献对比温和良好,为后续研究打下基础。(2)系统分析了 L/D = 2,4,6,8四种间距比下串列双圆柱涡激振动的结构振动响应、受力和流场信息,发现两柱间产生明显相互作用的范围约在间距比L/D≤ 4内。(3)对刚性连接三圆柱涡激振动进行系统的数值模拟研究,分析攻角和间距比对涡激振动响应的影响。