柔性多体系统接触碰撞动力学是航空航天和机械工程领域的重要研究课题。在碰撞过程中频繁变化的系统拓扑构型、短时间内作用在局部区域的强大冲击以及高频弹性波的传播等问题会对系统的动力学建模和数值求解带来很大的困难。在考虑系统大范围运动的同时,如何在微观尺度上准确描述局部区域的接触碰撞动力学行为并建立高效的系统动力学模型进行求解是当前工程中面临的主要问题。为此,本文针对柔性多体系统接触碰撞动力学问题,开展了以下研究工作:首先,结合模态综合法和柔性体分区域建模方法,建立了柔性多体系统弹性碰撞问题的多变量动力学模型。考虑到在很多工程问题中,接触碰撞发生的位置往往在固定区域,为保证碰撞力和动力学响应的求解精度和计算效率,采用固定界面模态综合法缩减自由度。有限元离散后的柔性体可以划分为碰撞区域和非碰撞区域,碰撞区域内的节点定义为子结构的边界节点,非碰撞区域内的节点定义为内部节点。通过固定边界节点的变形自由度,得到固定界面子结构的自由振动方程,求解广义特征值问题得到固定界面主模态向量,并通过逐一释放边界节点自由度得到约束模态矩阵,最终用低阶固定界面主模态坐标和边界节点变形坐标组成的多变量广义坐标来描述整个柔性体的弹性变形。在此基础上,考虑柔性体的大范围运动,基于混合坐标法建立了柔性多体系统多变量动力学模型。本文多变量模型的特点是用约束模态矩阵保证了碰撞区域和非碰撞区域在边界上变形位移的协调性,不必施加界面位移约束方程。在建立多变量动力学模型的基础上,给出了柔性多体系统的接触检测策略。分别用罚函数法和拉格朗日乘子法建立了基于点-面接触对形式的法向碰撞力模型,推导了柔性多体系统法向碰撞的广义力。对于考虑摩擦的接触碰撞问题,根据库伦摩擦定律将接触对之间的摩擦行为分为粘滞阶段和滑移阶段,分别用罚函数法和拉格朗日乘子法建立了摩擦力模型,并推导了对应于摩擦力的柔性多体系统广义力。最后给出了针对罚函数法和拉格朗日乘子法的微分-代数混合方程的求解方法。在接触碰撞问题的有限元离散过程中,需要划分足够的单元来保证求解精度,但是过密的网格不仅会导致离散单元过多,还会使得数值积分时临界时间步长过小。本文应用分区域网格划分方法,根据离散接触面的描述、局部碰撞区域应力分布以及高频弹性波传播对各区域所允许的最大单元尺寸的要求,给出了柔性体接触碰撞问题中分区域网格划分的准则,优化了单元尺寸分布,以最少的单元数准确求解接触碰撞动力学问题。在理论研究的基础上对柔性杆和圆盘之间的弹性正碰撞和斜碰撞问题进行了实验研究。首先用应变片测量了柔性体特征点的动应变,验证了理论模型的准确性。为了测量得到碰撞问题中的应变场和速度场,首次将数字图像相关(DIC)技术应用于柔性多体系统接触碰撞问题的实验测量中,通过与应变片测量结果进行对比,验证了DIC技术在碰撞问题动态测量中的可靠性。针对在碰撞过程中可能会发生塑性变形的柔性体,考虑材料非线性效应,推导了各向同性硬化材料增量形式的应力应变关系,并建立了柔性多体系统弹塑性碰撞动力学模型。通过对钢杆-铝杆、钢杆-铝盘弹塑性碰撞问题的数值仿真,研究了接触碰撞导致的局部弹塑性对系统动力学响应的影响,并通过弹塑性碰撞实验,验证了本文弹塑性碰撞动力学模型的准确性。最后,将本文提出的柔性多体系统接触碰撞问题的多变量建模方法和分区域网格划分方法应用于工程问题,对核反应堆中极为重要的控制棒驱动机构的步跃冲击动力学问题进行了数值仿真,分析了局部碰撞对系统动力学响应的影响,并对不同工况下的动力学响应进行了对比,指出当驱动杆提升高度最大时,钩爪和驱动杆之间的碰撞会对驱动杆的速度响应造成最大的影响。