大型动臂式起重机金属结构是一种复杂的柔性运动梁杆系统，在工程建设中具有极其广泛的应用，其工作过程中的安全可靠与经济高效是起重机设计、制造和生产的核心所在。随着科学技术的进步与发展，以及人们对具有高度安全性要求的大型重载起重机械产品质量的严苛控制与优良性能的不懈追求，与精良制造相对应的高效、准确的计算分析方法已成为当代起重机设计研究的重点。以往的静力学分析、结构振动分析和一般方法刚体动力学分析方法已不能满足具有柔性运动部件的起重机精确计算分析的需要。对大型柔性动臂式起重机进行弹性运动学和动力学分析受到越来越多专家学者的关注，成为当今研究的热点。本文以动臂式港口起重机组合动臂机构为研究对象，对整个臂架变幅起动过程进行了深入的刚柔耦合系统动力学分析。所谓刚柔耦合，不仅是指构件在运动时存在刚性的大运动和弹性变形的耦合，同时也是指系统中某些构件被视为刚性，而其他构件被视为弹性的复合系统。针对复杂机构中构件刚度相差悬殊的多体系统进行动力学分析时，若把多体系统当作多刚体系统进行分析，由于忽略了弹性变形，将导致分析结果的错误，而完全将其作为柔性多体系统进行建模和分析求解，又会由于系统方程过于庞大，带来分析求解上的困难。为提高分析效率，将复杂机械系统划分为含有限弹性构件和刚性构件的刚柔耦合系统是有效而可行的。　　本文应用柔性体运动学和动力学理论，通过分析大位移柔性单元动能和势能，由拉格郎日方程推导了基于随动坐标法的一般柔体单元运动平衡方程。以非线性有限元分析中的几何与物理方程及变形能描述和柔体单元运动平衡方程为基础，推导了计及二阶效应的柔性梁杆单元运动平衡方程。根据柔性梁单元固联坐标的运动和惯量的存在，给出刚性运动引起的平面柔性梁固端力表达式，揭示了由刚体运动造成柔性梁固端力项的本质含义。由此获得包括刚体大位移与弹性变形耦合运动及运动弹性固端力的柔性梁单元动力学分析一般有限元列式。实现了从一般柔性机构运动方程到KED动力学分析方程以及结构振动方程的自然衔接，为后续的刚柔耦合系统动力学分析奠定了基础。　　与结构静力分析和振动分析相比，刚体动力学分析中有限元方法的运用并不多见，弹性系统组建规则不能直接运用。以刚性单元作为柔性单元的特例，在柔性梁单元运动方程基础上直接推导刚性梁单元运动方程。通过刚性梁单元运动方程和刚性单元结点位移约束条件得到单元坐标系下和整体坐标系下的平面刚性梁单元独立运动方程。引入等效平面梁单元集中等效质量阵的概念，等效质量矩阵是对角阵，在有限元系统建模时应用极其方便，为系统动力学运动方程的组装和求解带来方便。提出刚性约束条件下虚拟系统等效的前提条件，给出多刚体系统动力学建模的一般表达形式。基于虚位移原理的虚拟刚性梁单元与刚性系统的构建原理与等效原则，借助弹性有限元表达模式，将刚性构件有条件地表为具有集中质量的虚拟等效单元，快捷地组建虚拟系统运动方程。通过引入刚性位移约束条件和刚性系统关联条件，确定虚拟系统非独立坐标与真实刚性系统广义坐标间的二阶和三阶转换矩阵，从而实现由虚拟系统到真实系统的规范化快速建模与集成。　　使用随动坐标法，根据结点位移、速度和加速度在随动坐标系内与整体坐标系内的关系，推导了柔性梁杆单元和刚性梁单元在整体坐标系下的动力学方程，包含了各种惯性耦合矩阵，全面考虑了柔性梁单元和柔性杆单元的刚体运动和弹性变形间的相互影响和耦合。借助弹性有限元组装规则，给出了刚柔耦合系统动力学方程即虚拟柔性系统动力学方程的组装策略，通过刚性单元与系统约束条件，导入基于可能位移原理的刚柔耦合关联约束，对虚拟柔性系统动力学方程进行集成与降阶缩减，得到真实的刚柔耦合系统运动方程。以典型算例演示了虚拟柔性系统动力学方程的组装过程和动力学方程的缩减。　　提出了刚柔耦合系统动力学分析的能量检验法，跟踪检验系统分析过程与结果的稳定性和误差变化情况，借此弥补当前针对复杂多柔体系统或刚柔耦合系统动力学实验条件不足，难以进行实际模型验证的困难。给出了刚柔耦合系统动力学方程的具体数值求解方法和程序流程图并编制了对应的动力学分析有限元程序。借助能量守恒原理列写刚柔耦合系统功能平衡公式，检查刚柔耦合系统总势能与外力作功的平衡情况。通过系统输入与输出能量相对误差值变化，判断计算结果是否合理，以控制复杂刚柔耦合系统动力学分析过程的正确进行。　　以某型动臂式起重机四联杆组合臂机构为研究的应用对象，使用本文提出的刚柔耦合系统动力学分析方法和能量检验法进行建模分析，证明本文研究理论在工程中的实际应用。动力学仿真考察了起重机臂架变幅起动过程中马达驱动力矩、马达转速、马达加速度、能量误差的变化情况，起重臂底部支座反力的变化情况。支座反力的变化反映了起动过程中臂架结构的承受动载情况，为结构的强度设计和安全设防提供了依据。