大型空间天线结构日趋轻柔,在轨展开锁定后具有阻尼小、模态密集等动力学特征,弹性变形与星体运动之间存在刚-柔耦合作用。空间结构系统一旦受到扰动,可以引发复杂的非线性振动。本文基于非线性动力学方法及实验研究相结合,对大型空间天线结构展开锁定后的刚柔耦合系统进行动力学建模和分析研究。论文主要工作和内容如下:(1)建立了两种空间天线结构振动分析的非线性动力学方程。一种是基于浮动坐标和假设模态法建立的离散动力学模型,一种是基于浮动坐标法建立的偏微分方程。两种模型数值仿真对比分析表明,在天线结构低转速和小变形时,基于浮动坐标及一阶模态截断的模型能够较准确地描述天线结构的主要动力学特征。(2)针对单级和二级展开臂的空间天线结构,分别建立了一维连续体L型与四自由度T型结构的刚-柔耦合模型。依据矩阵形式的多尺度方法,分析了一阶主共振非线性振动响应。首先基于假设模态法得到系统的常微分方程,然后采用多尺度法获得系统一阶主共振解析解和幅频方程,考察了激励参数等对主共振幅频响应的影响。(3)分析了空间天线结构的非线性内共振现象。首先分析系统的结构参数,得到了结构发生内共振的条件,为实际工程中结构的前期设计提供参考。然后运用多尺度法分别得到系统2:1和3:1内共振解析解,数值验证了解析解的正确性;基于幅频响应方程给出周期解的稳定性条件,分析了系统幅频响应的分岔特性。给出了不同调谐参数范围内,耦合模态解的数目及其稳定性变化规律。(4)给出了不同开折参数下分岔响应的拓扑结构。首先由空间刚柔耦合天线系统的幅频响应方程得到普适开折,然后根据普适开折余维数得到开折参数,最后给出了不同开折参数范围对应的分岔的拓扑结构。(5)设计了地面等效实验对空间天线结构的非线性振动进行验证。应用弹性梁等效扭转弹簧,继而通过调节弹性梁长度来获得扭转弹簧的弹簧刚度以使系统频率满足内共振条件。应用激光位移传感器测量弹性体近似稳态运动时的振动,得到稳态解的模态幅值比。实验和解析结果对比表明,所提出的实验方案可行,解析分析的结果正确。