在航空航天领域，出于降低发射成本和发射难度的目标，航天器机构的设计必须控制其重量与体积，同时要保证其具备期望的力学性能。为满足上述要求，航空航天的探索任务中大量使用柔性可伸缩机构和轻质机构，如杆状卫星天线、盘压杆展开机构等。柔性梁是这些机构的基本组成部分，因此，建立大变形柔性梁的动力学模型，在此基础上进行动力学分析，对预测柔性梁机构的动力学行为具有重要意义。复合材料薄壁梁构件在航空航天、汽车、船舶等工程领域得到广泛应用，如飞机机翼等。由于复合材料各向异性，其弹性变形理论不同于各项同性材料，建模时需要考虑横截面的面外翘曲，研究复合材料梁的动力学特性具有重要的工程应用价值。为了研究大变形、大转角空间梁的动力学问题，本文对几何精确梁的动力学模型进行改进。首先用空间梁中轴线上任意一点的3个绝对位置坐标和横截面的3个姿态角描述梁截面的位置和姿态，建立应变和曲率与位置坐标、姿态角的关系，然后基于细长梁中轴线的切线方向与横截面法线方向一致的假设，缩减了梁截面的姿态角个数，根据虚功率原理建立了大变形细长空间梁的动力学方程。将几何精确梁建模方法的计算结果和计算效率与大型工程软件LS-DYNA进行比较，验证的本文方法的高效性。在此基础上进一步考虑横截面的面外翘曲变形，将几何精确梁的建模理论推广到复合材料薄壁梁。本文的主要研究内容如下：第一章主要介绍梁结构在工程中的应用价值，综述了梁的研究现状、分析求解方法以及面临的挑战，提出本文研究的主要目标。第二章对大变形空间梁建模方法进行研究。基于细长梁的Euler-Bernoulli假设，从几何非线性应变和曲率的关系式出发，考虑拉伸变形、弯曲变形和扭转变形，建立了大变形空间梁的动力学方程。在此基础上，基于Hertz碰撞理论，建立了多点接触碰撞的大变形空间梁的动力学模型，给出了接触碰撞和分离的判据。最后介绍了求解大变形空间梁动力学方程的数值计算方法。第三章在建立空间梁动力学模型的基础上，对大变形空间梁进行动力学分析。首先用梁的静力学算例验证了几何精确梁建模方法的正确性，然后对大变形平面悬臂梁和空间悬臂梁进行动力学数值仿真，将仿真结果与LS-DYNA软件的计算结果进行比较，论证了本文方法的高效性。最后对柔性单摆撞击圆柱进行动力学计算，实现了多点接触碰撞的大变形梁的数值仿真。第四章基于复合材料薄壁梁的基本假设，考虑横截面的面外翘曲变形，利用Hamilton原理建立了各向异性薄壁封闭截面梁的动力学方程。研究了复合材料铺层角对箱形截面薄壁梁自由振动频率的影响，并对悬臂箱梁进行动力学数值仿真，通过与ANSYS软件的计算结果进行比较，验证了建模方法的准确性。在此基础上，建立了考虑几何非线性的复合材料薄壁梁模型，对其动力学特性进行分析。第五章对全文进行总结，针对目前大变形梁动力学建模仿真的难点问题，提出对未来研究的展望。