随着国家能源体系中核能的大力发展,反应堆安全始终被放在第一位,燃料组件作为反应堆第一道安全屏障,保证它在寿期内完整可靠至关重要。目前,流致振动是燃料组件失效的主要因素,因此,本论文主要针对燃料棒以及棒束的流致振动问题,建立关于轴向流中细长圆柱及圆柱束的流致振动模型进行研究。其主要研究内容为下面四个部分:首先,研究了轴向流中单根圆柱的动力学系统稳定性以及非线性动力学特性,根据Pa?doussis线性模型,通过合理假设和简化,建立脉动流作用下细长圆柱的非线性运动方程。并且分析了稳态流作用下无量纲流速、阻尼比、轴向拉力等参数对系统平衡点存在区域和零平衡点稳定性的影响,以及失稳后脉动流参数对系统非线性动力学特征的影响。其次,基于势流和细长体理论建立轴向流中圆柱束的附加质量系数、粘性耦合系数计算模型,计算发现附加质量系数和固有频率分别随间隙比增大而趋于恒定值。并且本文建立的轴向稳态流中圆柱束耦合系统的动力学方程计算得到的临界流速与别人实验测量结果吻合很好。进一步通过微元受力分析法和Hamilton原理建立了脉动流作用下圆柱束耦合系统的动力学方程,通过数值计算得到每一根圆柱振幅随脉动幅值参数呈线性变化的规律。另外,以中国实验快堆（China Experimental Fast Reactor,简称CEFR）燃料元件参数为计算参数,对流致振动引起的燃料棒与绕丝接触的微动磨损和振动疲劳进行分析。第一步先对采用的理论计算模型进行基准验证,然后采用大涡模拟的方法对含绕丝棒束流体域进行流场计算获得壁面压力谱函数,再根据棒束流致振动模型,得到壁面压力谱与位移功率谱之间的关系,从而建立含绕丝棒束的微动磨损和振动疲劳分析模型。上述研究可为加速器驱动次临界系统（China initiative Accelerator Driven System,简称Ci ADS）的燃料元件设计及寿命预估提供工程参考。最后,通过有限元程序用户自定义函数（UDF）嵌入计算流体力学软件,结合动网格技术进行流固耦合计算,分析了次临界流速下圆柱运动轨迹,以及高流速下圆柱的屈曲失稳特征、颤振失稳和圆柱截面二维轨迹特性,给出圆柱屈曲失稳、颤振失稳的临界流速,并且分析了圆柱在颤振状态下不同时刻周围流场的变化。综上所述,本文研究了脉动轴向流作用下细长圆柱的非线性动力学特征,及圆柱束在流体中的附加质量系数、脉动流参数对圆柱振幅的影响等。并且结合实际工程,给出了流致振动引起含绕丝圆柱的结构失效分析模型,即微振磨损和振动疲劳。另外,通过数值模拟研究更精确流场对细长圆柱流致振动的影响,发现动网格流固耦合数值方法计算高流速下的圆柱颤振运动是可行的,并且给出了在不同入口流速下圆柱的运动轨迹和非线性特征。