水能是一种清洁、可再生能源,可用于发电,因水力发电具有成本低、无污染等优点,世界各国纷纷兴建大型水工建筑物以充分利用水能资源。在水工建筑物的抗震分析中,结构与流体系统的相互作用现象十分突出。结构的变形改变了流场的分布,而重分布的流场又将对结构的变形产生影响,这种流固耦合现象受到了工程界和学术界的广泛关注。水工建筑物流固耦合振动机理的研究,对预防建筑物振动损坏事故,保证建筑物的正常运行具有非常重要的工程意义。水工建筑物流固耦合的研究中,往往涉及无限域流场的计算,而使用有限元方法对无限域进行计算将产生巨大的计算开销。如何考虑无限域流场对结构的影响,建立考虑介质耦合作用的结构振动等效模型,至今仍是国内外学者研究的重点。本文基于半解析半数值法对大坝-库水系统的结构等效振动模型进行研究。在流体不可压缩的假设下,将介质对结构的动力作用等效为流体附加质量的作用,基于无限元理论对二维情况下的无限流域进行无限方向上的解析和深度方向上的离散,从而实现对附加质量计算的简化。在MATLAB软件平台上编写了基于无限元的附加质量计算程序,并通过有限元数值模拟软件ADINA实现附加质量模型的计算,构建了一套考虑流固耦合效应的结构等效振动模型。通过与直接流固耦合模拟下的大坝-库水系统进行对比,分析了流固耦合系统的自振特性和地震响应。本课题的主要研究内容如下:1)在查阅大量国内外文献的前提下,对坝库系统流固耦合的研究方法和研究内容进行简要总结,并分析现有简化模型的不足;2)基于有限元数值模拟软件ADINA对流固耦合模拟技术进行说明,并对二维情况下的典型坝库系统进行模拟,验证了本文数值模拟方法的正确性;3)假设库水为无旋无粘的理想流体,采用伽辽金法对坝库系统流固耦合的有限元方程进行推导,并在忽略流体压缩性的前提下,实现耦合方程的解耦,从而得到流体附加质量的计算公式;4)基于无限元方法,采用MATLAB编写程序实现流体刚度矩阵计算;5)采用ADINA软件对附加质量模型进行数值模拟,并与流固耦合模型下的模态分析和地震响应结果进行对比,从而对等效振动模型进行评估。