随着生态环境的改善,我国林业经济发展的十分迅速,风灾作为主要的自然灾害之一,每年会给林业生产带来巨大的经济损失,同时严重破坏森林生态系统的稳定。因此研究林木在风荷载下的力学响应,并对林木所能承受的极限风速进行预测,对防风林等林业工程建设具有指导性意义。本文以山东省东营市军马五分林场的刺槐(Robinia pseudoacacia)为研究对象,在林场进行风速等实测试验,并挖掘刺槐的根系样本带回试验室埋入重塑土中进行拔出试验以获取模拟所需的根-土界面摩擦系数。基于植物的分形理论,根据刺槐标准木的树高、胸径等信息,利用MATLAB进行各枝点空间坐标的建立,并将坐标导入到ANSYS经典模块中使用命令流完成刺槐模型的快速建模,最后将建立好的刺槐模型导入到workbench中进行风场以及土体模型的建立。流场模拟基于workbench中的Fluent模块进行,利用线性滤波法通过MATLAB编程得到具有空间相关性的脉动风速时程数据,再使用Fluent中的UDF(User Define Function)功能将风速数据读取到风场的入口上实现脉动风场的模拟。最终通过workbench中的瞬态分析模块和Fluent流体模块共同完成脉动风场和刺槐模型的双向流固耦合。研究结果表明:通过室内单根拔出试验发现根-土之间的最大摩擦力受直径、埋深以及含水率影响,其最大摩擦力随着直径以及埋深的增大而增大,但是随着含水率的增加呈现先增大后减小的趋势,通过试验结果计算数值模拟所需的根-土界面摩擦系数值。结合实测风速数据以及河口气象站提供的风速数据本文选取了四种风速(3.5m/s,15m/s,19m/s,23m/s)进行模拟,并通过实测刺槐位移数据对拟合结果进行了验证。根据流固耦合模拟数据可知,当风经过树木后会使树木产生不规则的摆动。风力等级在树木可承受范围内时,刺槐顶部的位移趋势为由静止到摆幅达到最大再逐渐减小。当风速达到23m/s时,刺槐的顶部位移则持续增加,刺槐模型发生了明显的偏移,此时模型已经失稳。对刺槐模型进行应力分析可知,刺槐在23m/s风速下枝干横纹剪切应力接近抗剪强度值,横纹拉应力已经超过其抗拉强度值发生横纹抗拉破坏,应力最大值出现在主干与分枝节点处;同时,刺槐的根系所受拉应力大于其抗拉强度发生了拉断破坏,这是刺槐模型失稳的主要原因。本文数值模拟结果可以良好的还原真实条件下刺槐在脉动风荷载下的力学响应并对发生破坏的风速进行预测。基于CFD(Computational Fluid Dynamics)技术进行脉动风荷载下刺槐的双向流固耦合能够很好地还原树木在脉动风荷载下的受力特征,通过改变树木模型以及材料参数可以模拟不同种类的植物在风荷载作用下的力学响应,有助于了解风灾下树木破坏的力学机制,对不同地区的防风林植物选择具有指导性意义。