核电厂在运行时,其内部结构的振动是不可避免的。甚至在极端情况下还可能遭到地震等外部灾害,各结构之间相互碰撞,甚至发生变形。同时流体对结构的运动变形有着很大的影响作用,使得结构振动表现为强烈的非线性运动。因此研究事故工况(如地震事故)下的流固耦合效应,开发专用于核电厂关键设备非线性动力学计算软件很有必要。在核电厂关键设备中,反应堆控制棒落棒时间的计算和乏燃料贮存格架流固耦合特性的研究十分重要。本文分析控制棒组件落棒物理机制,考虑流固耦合特性效应、落棒过程部件所受到的流体阻力、控制棒组件与控制棒导向管之间的接触-碰撞对整个落棒时间的影响。开展乏燃料水池格架振动分析,研究地震条件下格架运动对格架与池壁、格架与格架间隙内流体流动的影响,及流体作用于格架的附加质量与附加阻尼等动力学特性参数,提出乏燃料水池与格架间流固耦合理论模型。本文分析了弹性结构在流体激励下的横向振动方程,并运用Newmark-β法进行数值解析；分析了弹性结构在流体中所受到的流体阻力、计算方法,以及间隙对结构所受到的流体阻力的影响；将改进后的Hertzdamp模型应用到控制棒组件与控制棒导向管、乏燃料水池贮存格架与格架、格架与水池壁之间的碰撞问题。并在理论分析的基础上,建立和推导了核电厂结构非线性动力学计算方法,基于FORTRAN程序,开发了适用于核电厂控制棒组件落棒时间计算和乏燃料水池中贮存格架的地震响应分析的非线性动力学分析软件。通过对这两个实例的计算,并与相关试验数据对比,验证了本文所提理论分析、计算方法和程序是适用、可靠的,本程序可以用来计算类似于控制棒落棒时间计算、乏燃料水池中贮存格架的地震响应分析等核电厂关键设备非线性动力学问题。