本文对刚柔耦合多体系统碰撞动力学建模理论与实验问题进行了深入研究。实际工程领域内存在着大量以构件间撞击为主要特征的非连续动力学问题，如卫星太阳帆板在轨展开到位时锁定、航天器的交会对接、机械手在空间捕获航天器及构件间连接间隙引起的冲击等。在这些非连续动力学问题中，碰撞过程以其作用时间短、强度大给系统动力学性态造成了巨大影响，已经成为系统分析和控制中不可忽略的重要因素，同时也给多体系统动力学建模和数值仿真带来了巨大的挑战。多体系统碰撞过程的非光滑和高度的非线性使得目前对于该问题的研究还远未达到与连续动力学相同的水平，刚柔耦合多体系统碰撞动力学建模与数值仿真问题已经多体动力学领域最具挑战性的课题之一。　　 本论文在国家自然科学基金(No.10772113)资助下，开展了刚柔耦合多体系统碰撞动力学建模理论及数值算法研究，并对其进行了实验验证。具体工作和研究成果如下：　　 1．首先对多体系统碰撞动力学研究现状进行了详细综述，提出本文的研究目的和主要研究内容。　　 2．在碰撞问题物理模型的基础上，提出了基于附加约束的多体系统碰撞动力学建模方法，建立了基于等参实体单元离散的做大范围运动的柔性体动力学方程，研究了边界条件选择对做大范围运动柔性体动力学仿真结果的影响，并比较了有限元离散、模态方法和刚体假设的计算精度与效率。　　 3．研究了碰撞时刻接触位置运动学突变问题。根据物质连续性假定，推导了一般意义的各向同性可压缩材料物体碰撞时刻接触位置速度跳跃公式，从而为碰撞动力学过程数值仿真提供了可靠的初始条件。为了对不同速度跳跃公式进行评估，引入了碰撞时刻速度跳跃系数。通过不同速度跳跃系数条件下数值仿真结果与实验结果的比较，讨论了碰撞时刻跳跃系数不同取值对碰撞动力学仿真结果的影响。数值仿真结果与实验结果的比较表明：速度跳跃系数的取值不同仅对速度响应仿真结果存在着很小的影响，其取值不同并不影响碰撞力时间历程仿真结果。　　 4．对刚柔耦合多体系统碰撞动力学全局仿真的碰撞搜索算法、碰撞时刻切换算法、碰撞位置法向接触约束建模、碰撞后动力学过程切换及数值算法进行了研究。首先对碰撞搜索算法、碰撞前状态到碰撞状态的数值积分算法进行了研究。其次，推导了网格重构之后新的广义坐标和广义速度，根据碰撞时刻速度跃变公式建立了新接触结点相对浮动坐标系的速度公式。基于物体非穿透性质，推导出柔性体接触点间法向位移约束的二阶导数形式，并介绍了碰撞动力学微分代数方程(DAEs)数值求解算法。最后通过数值仿真结果与实验结果的比较，验证了提出的基于附加约束的碰撞动力学建模方法的准确性，并对基于刚体假定的冲量动量方法和基于弹簧阻尼的连续碰撞力模型的有效性进行评估。研究结果表明：提出的基于附加约束的多体系统碰撞动力学建模方法能够准确地仿真出碰撞动力学物理过程；碰撞过程中物体上各点的速度以弹性波的形式逐渐进行传播，这表明刚体碰撞理论中物体上各点速度同时突变的假定与实际物理之间存在着一定距离；在工程中得到广泛应用的弹簧阻尼碰撞力模型在仿真需要计及波传播效应的碰撞动力学问题时存在着明显的误差；在碰撞动力学过程中即使对于长径比为50:1的杆件在建模考虑在内。　　 5．建立了考虑库伦摩擦的柔性多体系统碰撞动力学方程，并对复杂多体系统碰撞动力学模型简化问题进行了研究。建立了碰撞物体在粘滞情况下动力学方程，根据虚功率原理，推导了滑移情况下广义摩擦力，建立了滑移状态动力学方程，并对碰撞位置处粘滞/滑移转换问题进行了讨论。最后以曲柄滑块机构碰撞动力学过程为例，研究了刚柔耦合多体系统碰撞动力学仿真中模型简化问题。　　 6．设计了柔性多体系统碰撞动力学实验台架，提出了碰撞实验方案，并对低速碰撞过程中能量损失问题进行了讨论。提出了碰撞动力学响应和碰撞持续时间测量方案，并对实验方案的正确性进行了验证。最后，通过实验测量和数值仿真，对碰撞过程中能量损失问题进行了研究。