薄膜结构由于质量轻、展开面积/质量比大等优点被广泛地应用于大型可展开空间结构,例如充气薄膜结构、自旋展开薄膜太阳帆等。随着空间结构的展开,薄膜结构将经历大范围刚体转动与大弹性变形的刚柔耦合运动,并且其展开过程还会涉及薄膜间复杂的接触/碰撞问题。因此,迫切需要提出一种能够精确、高效处理多柔体系统中薄膜结构接触/碰撞的方法。研究表明,绝对节点坐标方法(ANCF)能够精确的描述柔性构件大转动、大变形的动力学特性。在前人的研究中,采用绝对节点坐标方法对柔性构件进行建模,通过Lagrange乘子将约束方程引入系统动力学方程,并采用隐式解法进行求解,即可对多柔体系统的动力学特性进行分析。但如何在多柔体系统中处理薄膜构件的接触/碰撞仍是一个开放性的问题。据此,本文的研究内容如下:1.本文首先阐述了在非线性有限元中接触/碰撞问题的一般描述及有限元离散方法。采用罚函数法处理接触约束条件,从而避免这些约束出现在动力学方程中。基于结对节点坐标方法(ANCF),建立了能够保证系统能量恢复、动量守恒的算法,推导了该算法中接触力和弹性力的计算公式,并通过数学证明和数值实验验证了该算法的有效性和正确性。2.针对多柔体系统中薄膜构件大转动、大变形的动力学特性,通过全局检测和局部检测实现薄膜结构间的接触检测。在全局检测中,基于单元建立包围盒层次结构,通过层次包围盒算法剔除不可能发生接触的单元,以减少局部检测的工作量;在局部检测中,通过牛顿迭代查找单元间精确的碰撞信息,并通过单元区域划分估算迭代初值。3.基于本文阐述的算法,利用Fortran语言编写程序,分析薄膜纽带、螺旋充气圆管和圆形薄膜太阳翼的接触/碰撞动力学问题,分析结果验证了本文方法的可行性与正确性。