本文对输流管道和悬臂梁-圆柱体结构流致振动的几个动力学问题进行了理论研究和数值分析,探讨了这类细长结构的流致振动机理以及潜在的振动能量利用。首先分析了管道在内流作用下的动力学行为,并提出一种关于输流管稳定性和振动特性控制的被动方法；然后研究了输流管在横向外流作用下的涡激振动响应,分别探究了当管内流速超过失稳临界值、管道发生脉动内流参数共振以及基础激励引起强迫振动时输流管的非线性涡激动力学行为；最后,基于涡激振动产生机理,初步开展了悬臂梁-圆柱体结构涡激振动俘能的理论模型研究。论文的主要内容和研究成果包括：1.构建了由两段不同材料组成的混合输流管模型,重点分析了悬臂系统在发生首次和第二次颤振失稳时的临界流速及失稳模态阶数。研究结果表明,混合输流管系统的稳定性边界曲线会随着两段长度比值的变化呈现出S型、S型和Z型组合或连续的Z型等样式。不仅如此,颤振失稳还可首先出现于第四阶模态,这在以往的研究工作中未曾报道过。2.针对输流管模型的振动和稳定性特征,提出了一种增强管道稳定性的被动控制方法,并从理论上探讨了此方法用于提高输流管临界流速的可行性和有效性。研究结果显示,该控制方法还可用来调节输流管的固有频率大小,可望进一步用于工程管路系统或流体器件的设计。3.研究了具有初始几何缺陷构型简支输流管的非线性动力学行为,分析了四种不同缺陷构型对输流管稳定性和动力响应的影响。基于Galerkin法的前四阶模态截断,对非线性方程进行离散化。线性分析表明,每种缺陷形式仅影响某一阶固有频率,半正弦波和抛物线构型可增大输流管系统的失稳临界流速。非线性分析显示,当流速超过临界值时,由于初始缺陷的存在,管道的屈曲位形可出现不对称的情形。此外,对于具有半正弦波和抛物线初始微弯构型的输流管模型,非线性理论预测的失稳临界流速要比线性理论预测的值小。4.研究了管内流体为定常流时输流管道的涡激振动响应。基于耦合系统模型,分别建立了亚临界内流速和超临界内流速下输流管涡激振动的非线性耦合运动方程。研究表明,输流管在亚临界内流速范围表现为周期运动,振幅随着外流折合速度的增大先变大后减小、并伴有跳跃现象；当内流速处于超临界范围时,输流管会绕着非零平衡位置表现出丰富的动力学行为,如周期、倍周期、倒倍周期、概周期和混沌运动等形态。5.分析了脉动内流下输流管系统的涡激振动响应。基于多尺度计算方法,分别研究了前两阶模态锁频条件下,输流管发生参数共振时的动力学行为。研究结果表明,在涡激力作用下,管内流体为脉动流时其振幅要比定常流时的大。随着脉动解谐参数的增大,输流管振幅变化范围会先增大后减小、且伴有跳跃现象,亦即振幅从多值变为单值,最后又回到多值。此外,本文还将多尺度解与数值解进行了对比,验证了多尺度法的正确性。6.基于Hamilton原理和Galerkin方法,研究了输流管在涡激振动和基础激励共同作用下的非线性动力学行为。通过线性和非线性分析,研究了内流速、外流速和加速度激励对输流管系统耦合频率、共振流速以及振幅的影响。研究结果显示,当外流速处于共振流速区域时,管道可由非周期变为周期运动。此外,随着加速度激励幅值的增大,输流管的共振区域会有所扩大,淬灭现象会更加明显。7.基于Lagrange方程和虚功原理,建立了一种涡激振动俘能的非线性参数化模型,该俘能系统由压电悬臂梁和固结在其自由端的刚性圆柱体组成。通过与实验数据对比,验证了该理论模型的有效性。为了设计出在低流速下亦可俘获较大能量的高效俘能器,进一步分析了圆柱体的质量、压电片长度以及电阻对共振流速和俘能效率的影响。研究结果表明,对于某一流速,可通过选取最佳的圆柱体质量、压电片长度和电阻来提高涡激振动的俘能效率。