随着我国航天事业的不断发展,航天工程需求的不断提高,航天器系统的功能和结构日益复杂化。为了减轻航天器结构的总质量,提高航天器系统的整体效率,降低飞行任务的成本,可以采用多功能结构的设计方法。该方法将电池、热控、电磁以及线缆等子系统功能器件集成于用于承载的蜂窝夹层结构中。由于需要在多功能结构的芯层中制造空腔以安装各类电子器件,导致了夹层结构的刚度下降。在航天器飞行过程中所承受的拉伸、弯曲、剪切、爆炸和冲击等载荷作用下,自身带有空腔的蜂窝芯结构易出现几何非线性和材料非线性等问题。现阶段关于含空腔结构的力学性能分析还没有完整的理论体系,使得多功能结构的分析及设计存在局限性。因此,有必要对航天器含空腔结构的力学分析方法和力学性能开展研究。建立了高阶夹层梁模型,该模型同时考虑了夹层梁上下面板和芯层中的剪切变形,还考虑了面板的纵向刚度以及芯层的横向和纵向刚度。通过夹层梁上下面板和芯层之间的位移和剪应力连续性条件,以及夹层梁上下表面的剪应力边界条件确定了夹层梁结构的位移场函数。采用Chebyshev求积单元法推导了完整夹层梁的离散动力学方程,对完整夹层梁结构进行了力学性能分析。结果表明,基于高阶夹层梁模型的Chebyshev求积单元法可以提高夹层梁结构的静力学计算精度。夹层梁的上下面板主要承受正应力作用,而芯层主要承受剪应力作用。在细长夹层梁中,芯层没有明显的横向变形,而在短梁中,芯层的横向变形显著。将基于高阶夹层梁模型的Chebyshev求积单元法拓展至含空腔夹层梁结构,获得了含空腔夹层梁结构的离散动力学方程,建立了含空腔夹层梁结构的力学分析方法。对不同边界条件、不同载荷作用、不同几何参数以及不同材料属性下的含空腔夹层梁进行了整体力学性能分析,进一步验证了基于高阶夹层梁模型的Chebyshev求积单元法的正确性和适用性。结果表明,空腔的存在降低了夹层梁的刚度,导致结构的位移增大以及各阶固有频率的降低。在空腔大小一定时,空腔越靠近梁的两端,刚度减小越明显。对于采用含空腔夹层梁的多功能结构,应保持空腔位于夹层梁的中间位置,使得刚度的减小降到最低,以满足结构的刚度需求。基于Reissner梁理论同时考虑了蜂窝壁的轴向变形、弯曲变形以及剪切变形,并考虑了蜂窝壁间连接区域的变形,建立了考虑几何非线性的蜂窝芯结构面内弹性性能分析方法。通过与现有方法和实验结果相对比,验证了该方法可以同时适用于分析不同几何参数薄壁及厚壁蜂窝芯结构在小变形和大变形下的面内等效弹性性能。结果表明,蜂窝芯结构的面内等效弹性模量会随着应变的增加而增大,并不保持为常数。基于非线性欧拉梁理论和弹塑性理论建立了考虑几何非线性的薄壁蜂窝芯结构面内弹塑性分析方法,并研究了数值求解算法,获得了薄壁蜂窝芯结构的应力-应变曲线和泊松比。结果表明,随着应变的增加,蜂窝芯结构的几何非线性效应开始出现,造成蜂窝芯结构的刚度增大。出现塑性变形后,蜂窝芯的整体刚度开始下降。