我国探月工程三期核心任务之一是实现月表无人自主采样,将月壤样品完好地保存并携带返回地面。深层月壤采样的总体方案确定为“钻取采样、软袋封装”,工程部门研制了样机并开展了地面模拟工况实验。但是,实验中经常出现偶发性的提芯力过大导致提拉封装失败或拉扯损坏软袋、软袋无法成功收口密闭以及壤芯层理扰动程度大等失效工况,导致取芯任务彻底失败或部分工程目标失败,不能满足航天工程绝对安全可靠的要求。工程部门在探索这些失效问题的过程中,发现仅靠实验研究无法揭示其深层失效机理,亟需具有针对性的科学理论与力学分析方法解决关键技术瓶颈。我国深层月壤采样任务所使用的采样方式为软袋内翻式封装取芯,而实现包裹月壤样品并封口的装置就是由软袋、芯管、钻头、钻杆等组成的取芯机构,因此它对采样任务的成败有着至关重要的作用。鉴于此,本文以月壤采样取芯机构的动态取芯过程为研究对象,重点揭示软袋内翻取芯过程中其提芯力的复杂力学行为,研究软袋取芯方式中月壤层理扰动程度及特点,并针对性地发展不确定性建模与分析方法。主要研究工作如下:（1）构建理论建模、仿真与测试一体化的力学分析方法,研究整个取芯过程提芯力的变化趋势及影响因素,深入揭示取芯过程中软袋复杂受力机理。采用理论结合实验的研究方法,建立月壤取芯的提芯力力学模型。使用FE-SPH耦合计算方法,对月壤取芯的整个动态过程进行数值仿真,证明软袋取芯系统的动态性能与理论分析相符。为进一步验证力学模型和数值仿真的有效性和准确性,利用月壤取芯专用实验平台进行实验研究。此外,探讨软袋内翻过程中的爬行行为,建立软袋爬行运动的理论模型进行分析。基于所建立的理论模型,对粘滑行为进行参数化分析,定量地分析软袋参数对爬行行为的影响。（2）采用理论分析建模的方法,辅以仿真研究与模拟实验对比,建立月壤样品层理特性扰动评价指标,细致划分不同深度处样品层理小扰动区域与破坏区域,并准确描述样品层理扰动的特点。通过理论、仿真和实验三种研究手段结合,对软袋取芯任务中壤芯的层理扰动进行分析。建立考虑月壤内聚力和内摩擦角随深度变化的普遍性理论模型,并提出新方法来定量描述不同深度取芯样品的层理扰动程度。利用FE-ALE耦合算法,建立仿真模型验证,开展相关实验,验证所提理论模型的有效性。（3）针对性地发展月壤不确定性区间建模方法,实现在小样本数据情况下月壤不确定参数的高精度建模分析。提出一种新的非概率凸模型建模方法,用以得到小样本数据情况下的不确定参数的区间边界,为实际工程中结构设计和参数优化提供更先进的研究工具。通过测试标准对该方法的性能进行了系统的研究,并与现有的方法进行对比。结果表明了该方法的有效性和实用性。（4）针对取芯过程中存在的不确定问题,提出相应的分析方法进行有效处理。其一,基于非概率凸模型和莫尔-库仑破坏准则,提出一种新的非概率分析方法来计算月壤的极限剪应力。考虑月壤不确定参数之间的相关性,将传统的莫尔-库仑破坏准则推广到不确定情况下。通过数值算例和实验数据证明该方法的有效性,并计算出2 m深处月壤的极限剪应力范围。其二,发展一种考虑外部载荷和系统参数时变不确定性的振动分析方法,用以得到振动系统响应的变化范围。基于所提出的壤芯层理扰动模型,确定壤芯层理扰动的区间范围与系统参数之间的联系,揭示壤芯层理扰动特点。