输流管道在海洋工程、航空航天、核工业等重大工程中均有着广泛的应用,其可能出现的各类振动现象已成为国内外研究者们重点关注的动力学问题。本文围绕悬臂输流管道系统的非线性力学问题开展了一系列研究,旨在揭示非线性静、动力学机理,提出有效的控制策略,挖掘可能的驱动利用价值,为工程中输流管道的结构设计和控制利用提供研究基础。本文主要研究工作如下:（1）通过动力学理论建模与分析,揭示了轴向基础激励作用下悬臂输流直管的平面与非平面动力学响应。基于Floquet理论的线性分析发现,悬臂管道系统在此基础激励作用下可表现出次谐波共振和组合共振的动力学行为。非线性分析表明,轴向基础激励不仅可抑制管道出现的颤振失稳,还能使管道的非平面振动转迁为平面振动。（2）建立了轴向外流作用下悬臂输流直管的非线性振动理论模型,重点分析了管道自由端几何构型对线性稳定性和非线性动力学行为的影响规律。线性分析结果表明,当自由端为锥形时,管道可出现屈曲、颤振和屈曲-颤振耦合的失稳行为;而当自由端为钝形时,管道的失稳形式只表现为颤振。这些复杂的动力学特征得到了非线性数值计算的验证。（3）基于绝对节点坐标法建立了微弯悬臂输流管道的非线性理论模型,探讨了该系统可出现的静变形、线性稳定性以及非线性振动响应,发现了一些新的力学行为。例如,微弯悬臂输流管道可出现较大的静变形,且相应的静平衡构型强烈依赖于其初始弯曲形状;系统的临界流速则与管道的临界静平衡构型密切相关;非线性动力学分析结果表明管道失稳后将做极限环运动。（4）基于绝对节点坐标法,详细研究了L形（直-弯组合）悬臂输流管道的非线性静力学、线性稳定性、非线性自激振动和非线性受迫振动问题。数值计算结果表明,当无基础激励时,L形管道会在亚临界内流作用下发生静变形,而当其内流速超过临界值时则表现为单一周期振动。当有基础激励时,管道将表现出复杂的非线性动力学行为,比如多周期、概周期和混沌响应等。（5）提出了一种基于管道局部刚化的控制方法,以增强柔性悬臂输流直管和曲管的稳定性,并抑制曲管的变形或振幅。结果显示,局部刚化方法既可能削弱管道系统的稳定性,又可使该系统的临界流速得到大幅提高,这主要取决于局部刚化的位置。此外,管道的局部刚化还可影响输流管道的静平衡构型（只针对曲管）、振动幅值和瞬时振动形状。（6）设计了一种基于悬臂输流曲管静变形驱动的新型水下推进器。该推进器主要由头部和三根初始弯曲的柔性输流触手组成,其中触手的初始弯曲构型借助理论分析进行了优化设计。仿真计算和实验研究表明,相较于纯射流的推进模式,柔性触手在静变形和回复行为下产生的摆动可提供更高的推进速度,为水下推进器的研究提供了新的思路。