柔性梁普遍存在于航天与机械系统之中，是柔性多体系统动力学中最典型的一类研究对象，建立其动力学模型可为复杂柔性多体系统设计和分析提供重要的理论依据。随着科技的发展，出现了许多以大范围刚体运动和大柔度为特点的梁为组成部件的系统，使得系统的刚-柔耦合现象越来越显著。绝对节点坐标法(Absolute Nodal Coordinate Formulation，ANCF)作为一种非增量有限元方法，能准确描述柔性系统在经历大范围运动和大变形时的耦合动力学行为。本文以经历大范围运动和大变形柔性梁为研究对象，采用绝对节点坐标法，对柔性梁建模、多体系统微分-代数方程组数值求解方法以及应用等进行了系统深入地研究，主要创新性研究工作有：
　　1.改进的二维ANCF剪切梁单元建模与验证。针对传统二维ANCF剪切梁单元中存在的高频变形耦合而导致计算精度差和收敛速度低的问题，通过改进弹性力的计算方式建立了两种ANCF剪切梁改进单元；改进单元采用弹性力中心线法构建了解耦的弹性力公式，消除了变形间的高频耦合项。弹性力公式中的曲率基于微分几何理论，推导了两种新的精确曲率表达式，分别为位移场曲率和旋转场曲率，可准确地描述柔性梁的弯曲势能；通过静力学、特征频率及动力学经典算例对改进单元进行了验证。
　　2.含转角的ANCF柔性梁建模与验证。建立了两种二维ANCF/CRBF(ANCF Consistent Rotation-Based Formulation)柔性梁单元；针对传统ANCF欧拉梁和ANCF剪切梁单元的节点梯度，基于刚性截面假设条件施加非线性约束方程，引入转角坐标。并由该约束方程得到梯度和转角对时间导数之间的速度转换矩阵，分别建立了新的ANCF/CRBF欧拉梁单元和剪切梁单元。其中，ANCF/CRBF剪切梁缩减了系统自由度，并消除了横截面的高阶模态；通过静力学、特征频率及动力学经典算例验证了二维ANCF/CRBF欧拉梁单元的有效性；两种ANCF/CRBF柔性梁单元的建立也丰富了基于绝对节点坐标法柔性梁的单元类型和建模理论。
　　3.多体系统微分-代数方程组的隐式求解方法。提出一种基于高阶隐式Adams多步积分的双循环结构数值算法(TLISMNI/Adams)；外循环用于求解含有系统独立坐标的微分运动方程，内循环用于计算含有系统非独立坐标的非线性约束方程。TLISMNI/Adams算法具有变步长、高阶数，以及可自动消除数值高频的特点；通过刚性和柔性多体算例，从相对误差、初始步长、校正器迭代数和系统刚度等角度进行了详细的对比分析，验证了TLISMNI/Adams算法的有效性。
　　4.含销轴结构的柔性多体系统建模与动力学分析。分别建立了含销轴结构的航天器太阳帆板和柔性履带有限元模型；采用ANCF柔性梁单元和TLISMNI/Adams算法进行了动力学建模与仿真。该模型可以描述销轴的变形和应变变化，也可在前处理阶段生成，降低了参与到计算阶段系统模型的复杂度和求解难度；通过多种典型的航天器及履带车大范围运动算例进行动力学仿真，验证了模型的有效性。