柔性多体系统动力学近年来已成为学术界关注的热点,是研究复杂多体系统向轻型化、高速化和高精度化方向发展的重要理论工具。中心刚体柔性梁是典型的多体动力学系统模型,以它为简化模型的多体动力学与控制问题,与航空航天、机器人等高科技领域有着紧密结合,例如:IKAROS太阳帆在轨第一阶段自旋展开过程就可以简化为以中心刚体柔性梁系统描述的强耦合动力学模型。首先,基于连续介质力学中弹性梁的变形理论,通过在惯性坐标系上建立局部坐标系的方法,建立中心刚体柔性梁系统简化模型,找出在结构动力学中被忽略的柔性梁变形位移的二次非线性耦合项。基于Hamilton变分原理导出系统的刚柔耦合一次近似动力学方程,得到一组能够充分考虑到刚体运动与柔性变形之间耦合的非线性偏微分-积分方程组。并且在考虑梁的质量与中心刚体质量可比的情况下,对中心刚体柔性梁耦合动力学模型的动力学行为进行分析,分析结果发现梁弯曲产生的根部剪力对整个系统平面运动规律的影响不可忽略。其次,以在水平面内作回转运动的中心刚体柔性梁为研究对象,通过将柔性梁划分为有限个梁单元,得到了在考虑了非线性耦合变形基础上的一种有限元离散模型。运用Newmark法进行数值仿真,得到了作大范围转动的中心刚体柔性梁系统在外力矩作用下的动力学响应。主要结论:柔性梁与中心刚体质量之比增大时,柔性梁末端横向振动振幅与周期也会增大,出现这一现象的原因是随着柔性梁的质量增大,系统的固有频率减小从而使系统振动周期增大;中心刚体的转动速度也随着柔性梁的质量增大而增大,是因为梁弯曲变形产生的根部剪力对中心刚体转动有加速作用。最后,以在水平面内作回转运动的中心刚体柔性梁为研究对象,分别得到约束模态和非约束模态的解析解,再用假设模态法对中心刚体柔性梁系统动力学方程进行模态离散,并实现了相关的数值仿真。主要结论:当柔性梁的质量与中心刚体质量之比增大时,柔性梁末端的横向响应是增大的,并呈现类似于简谐振动的形式,且中心刚体的转动速度极值也在增大。对比有限单元法模型计算结果发现,运用假设模态法得到的柔性梁末端振动响应的幅度与中心刚体转动速度小于有限单元法的计算结果,主要是因为在系统做大范围运动过程中,假设模态法模型在系统作大范围高速运动时,会产生发散的计算结果。经过与有关文献对比发现,有限单元法得到的结果与已报道的研究结果趋势结果吻合更好。