冲击机械由于利用撞击而能产生强度极大的力流,与相同功率下的静压机械相比,其结构更为紧凑,在工业生产中有着广泛的应用并有着相似的动作原理:即冲锤部件在重力、液压、或蒸汽等力的作用下加速运动,并以一定的速度撞击工作对象,使得工作对象发生位移、变形和破坏。传统机械动力学分析将机械零部件作为刚体或质点,忽略了介质微单元体的惯性。波动力学理论考虑了以毫秒甚至纳秒计短暂时间尺度上发生的运动参量显著变化,是冲击机械系统能量传递过程分析所必须依赖的力学基础。受空间环境下月壤采样机构能源供给的限制,本文立足于一般化的冲击机械模型,在假定岩土动态加载刚度一定的条件下分析比较了不同入射波形对岩土介质作功过程中能量传递效率情况;以实现最优指数应力波形为目标,基于一维波动力学理论并使用?函数法对冲锤部件的波阻抗进行反演设计;使用正解计算和有限元仿真的方法验证反演设计的正确性;首次提出假设脱离法,基于线性叠加原理,分析了冲锤与击杆间的受力及运动状态,分析了冲锤几何外形无量纲参数影响下能量传递效率和冲锤冲击效率的变化规律并计算相关的最优参数。入射波在变波阻抗或是变截面杆形部件传播过程中必然会有反射波的产生。本文以应力波在变波阻抗杆形部件的透反射规律为研究对象,利用频域分析法及有限元程序,在击杆两端波阻抗比值给定且一端受到冲击载荷的情况下对不同波阻抗方案的能量透射效率给予分析与比较;使用泛函极值问题的变分法,兼顾能量透射效率,求解得到反对称波阻抗条件下使击杆部件具有质量最小的平原式几何方案;比较分析了该方案相对于其他方案的优势,有利于实际工程应用。将提高系统工作效率的相关措施应用在以空心为几何特征的月壤采样机构设计中。结合有限元仿真程序,对比优化设计前后的仿真结果,验证了文中理论研究所得到的优化设计方案可有效提高系统的工作效率。