生物游动和飞行等自然界中常见的现象蕴含着丰富的流动控制原理,从流体-柔性体耦合动力学的角度出发,研究其内在的物理机理和运动机制具有重要的科学研究价值和工程实践意义。本文基于自主开发的流固耦合算法和研制的水洞平台对板状仿生柔性结构的流固耦合问题进行了数值模拟和实验观测,通过改变流场及结构的动力学与形态参数,研究了单一柔性体在粘性流中的被动运动与半主动运动规律,以及柔性体-柔性体、柔性体-刚体在粘性流介质中的耦合动力学效应。本文的相关结果有望为人们认识生物游动和飞行机理、研制新型俘能技术、发展高效仿生推进系统提供一定的启发。本文采用一种沉浸边界-格子Boltzmann法实现了柔性体及刚体流固耦合问题的数值模拟。设计了小型循环式流固耦合试验水洞,能够为柔性体流固耦合实验提供稳定的流场条件。对多柔性体被动运动的流固耦合问题进行了研究,对于串列柔性平板,上游平板总能获得减阻效果,下游平板根据耦合状态的不同存在阻力增加或减小的两种状态,并解释了两种状态产生的原因。对于并列柔性平板,展示了四种不同的拍动模态:单丝模态、反相模态、同相模态和解耦模态。其中同相拍动模态下,两平板均能获得减阻效果,而同相拍动模态的出现与平板间距离和雷诺数都有着密切联系。对于三角形排列的柔性平板,描述了四种较为典型的拍动模式,并发现在绝大多数情况下,下游两平板的拍动运动是同步的,而上下游平板间的拍动相位差是由他们之间的距离所决定。当三平板间的距离较小时,它们均能够获得减阻效果。其次研究了半主动运动的柔性平板,分析了多项关键因素对平板运动状态的影响以及四种典型的运动状态,发现了拍动频率对平板运动学特性有着决定性的影响,拍动速度越快,所受阻力就越大。弯曲刚度的增加,能够在一定程度上减小阻力,并降低末端振幅。最后研究了柔性体紧邻刚性圆柱或位于圆柱下游的问题。对于紧邻圆柱的情况,发现了当平板长度足够小时,会因为圆柱下游的回流区的吸引而卷曲起来,平板的存在也会改变回流区的位置及形状。刚度的增大有利于平板抵抗回流区的吸引。对于柔性平板位于圆柱下游的情况,发现了平板正向拍动和反向拍动的两种模式。反向模式中,平板受回流区作用反向拍动,正向模式中,平板受圆柱尾涡强烈影响,振幅显著增大,且拍动频率始终与圆柱脱涡频率相同。