1.目的及意义

箱型柱结构主要运用于预制梁或者柱子，其材料有钢材和预应力钢筋混凝土两种。箱形截面具有良好的抗弯和抗扭特性，箱形截面的顶板和底板是结构提供抗弯能力的主要部位，箱型腹板主要承受结构的弯曲剪应力以及扭转剪应力引起的主拉应力。与同截面的实腹梁相比，自重轻，耗材少，抗弯性好，广泛应用于桥梁建设，在起重机金属结构主梁设计中亦有重要用途。箱型结构的风振影响不可忽视，因风振失稳导致的事故时有发生。在港口作业中，箱梁结构是门市起重机与桥式起重机主梁的典型结构，这些类起重机主梁梁高多数已超过数十 米。如此高大的结构对风载荷非常敏感,，起重机属于关系国计民生的重大装备,不允许出现任何问题。对箱型柱或梁在风场作用的流固耦合特性分析就变的非常重要，分析的结果对工程设计将起到十分重要的参考作用。 2.国内外研究现状

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体运动，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。

国内外对流固耦合问题的研究主要从理论、计算、试验及应用研究这四方面开展。理论上利用经典动力学的高等数学方法通过对实际问题线性简化，然后建立数学模型。利用CFD方法分析流体力学在计算方面是比较普遍，其中AEL技术提供了有效的一套途径。试验研究是流固耦合问题中一个十分重要的方法，众所周知风洞实验为气动弹性研究奠基了坚实的基础。其中涉及到非线性问题的实验难度更大。应用研究主要是将已有的成果如计算程序、方法等实用化。比如许多计算流体的如ANSYS、FLUENT、CFX等有限元软件，能方便、直观地用于解决工程问题。

在箱型流固耦合风振特性分析中，风场是首先考虑的因素。然而风荷载作用的重要参量--风压分布和流场干扰等问题往往不能通过规范解决。传统做法是将建筑模型放入风洞中进行模拟试验，得出风荷载相关数据，作为设计依据，用于工程设计。而风洞试验存在成本高、周期长、灵活性差、有缩尺效应等缺点。目前国内外采用数值风洞进行分析，它基于计算流体动力学(CFD)原理，选择合适的空气湍流数学模型，再结合一定的数值算法和图形显示技术，能够将"风洞"结果形象、直观地显示出来。相比于传统的模型试验方法，数值风洞计算周期短、价格低廉、数据信息丰富、并且可方便模拟各种不同情况。

2. 研究的基本内容与方案

1.研究的内容及目的

针对箱型单柱结构，在有限元技术的基础下，结合港口机械、金属结构、机械振动等知识，对其在风场的力学特性进行分析；建立箱型单柱结构的流固耦合仿真模型，对获得的数据采用合适的数学分析方法进行分析，和传统手工计算结果进行对比，改善结构风载荷计算方法。

2.采用的技术方案及措施

采用ansys15.0进行仿真模拟，ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。