流固耦合是航空、航天、船舶与海洋工程领域多物理场耦合研究中最重要、最具挑战的问题之一。流场与弹性结构相互作用会诱发许多不良现象(例如颤振、极限环振荡(LCO)、静变形、涡激振动(VIV)等),这些现象可能引起结构破坏或疲劳损伤。流固耦合问题的高效求解对许多工程结构的设计和运行至关重要。随着计算机技术和数值方法的不断发展,流固耦合高保真仿真技术得到了大大提高,但计算代价依然很高,计算非常耗时,无法满足工程需求。因此,针对不同的流固耦合问题,建立高效的数学模型,提出工程实用的流固耦合快速建模和仿真方法具有重要意义。本文与以往的流固耦合建模方法的不同之处在于研究工作主要基于一种高效的动力学方法—多体系统传递矩阵法(MSTMM)展开,结合Theodorsen非定常流体理论、Van der Pol尾流振子模型以及计算流体力学(CFD)耦合计算结构力学(CSD)、有限元(FEM)等方法,建立了工程实用的流固耦合快速建模和仿真方法。在船舶与海洋工程领域,流固耦合问题普遍存在。对海洋柔性结构的流固耦合动力学研究具有重要的科学意义。为了研究海洋柔性结构流固耦合动力学中包含结构间隙非线性和流体非线性两类典型的流固耦合问题,以两种典型的海洋柔性结构(Ⅰ)包含结构间隙非线性的水下航行器舵系统和(Ⅱ)包含流体非线性的柔性立管系统为研究对象,基于本文建立的流固耦合快速建模和仿真方法,对水下航行器舵系统的振动特性、舵系统颤振模型的建模方法、动力学参数对舵系统颤振的影响规律、柱体结构的涡激振动机理和抑制方法、复合材料柔性立管振动特性及涡激振动响应等进行了深入的研究。为工程上类似的多刚柔体系统流固耦合问题的快速建模和仿真分析提供参考。本文主要研究成果如下:1、基于MSTMM推导了弯扭耦合梁模型,实现了舵系统动力学快速建模和仿真,计算了舵系统的振动特性,并与基于FEM的商业软件ANSYS的计算结果进行了对比分析;2、基于Theodorsen非定常流体理论和MSTMM建立了舵系统的线性颤振模型,并与文献仿真数据、软件仿真结果进行了对比分析,验证了模型的准确性。为工程上类似的多刚柔体结构系统流固耦合问题的快速建模和计算分析提供参考;3、为了研究包含结构间隙非线性的舵系统水弹性问题,提出了舵系统到二元颤振模型的建模方法。采用基于MSTMM得到的舵系统的纯弯、纯扭频率,建立舵系统的二元线性、非线性颤振模型。通过与CFD/FEM双向耦合模型、文献实验数据及文献仿真数据对比分析,验证了二元颤振模型建模方法的合理性。然后,研究了舵系统的动力学参数对舵系统线性颤振和极限循环振荡的影响规律,为舵系统的结构减振设计提供理论支撑;4、针对海洋柔性结构流固耦合动力学的另一类问题,即包含流体非线性的流固耦合问题。以柱体结构的涡激振动问题为研究对象,分别基于Van der Pol尾流振子模型和CFD/CSD模型(基于CFD软件二次开发和嵌套网格技术)建立了柱体结构的流固耦合动力学模型,并与文献实验数据对比,验证了模型的可行性。同时,对比分析了两种数值模型的优缺点,研究了不同工况下柱体受力系数、振动幅值以及尾流漩涡脱落模式等变化规律,揭示了柱体结构的涡激振动机理;在此基础上,基于CFD/CSD模型研究了非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)对于柱体结构涡激振动响应的影响规律及抑制效果;5、基于MSTMM建立了复合材料立管的动力学模型,计算得到了复合材料立管的振动特性;然后,基于MSTMM/Van der Pol建立复合材料柔性立管的流固耦合动力学模型,探讨了刚性接头的个数、立管长度、顶张力、来流分布对复合材料柔性立管流固耦合动力学特性的影响规律。最后基于CFD/CSD双向流固耦合的方法建立了带有螺旋列板的短立管流固耦合动力学模型,计算了不同结构参数的螺旋列板对短立管涡激振动的抑制效果。所有模型都与国外文献实验或仿真数据对比,验证了模型的准确性。为工程上快速预测海洋软管的振动特性、涡激振动特性及设计涡激振动抑制装置提供参考方法。