充气薄膜结构作为轻质结构,在航空航天领域具有广泛的应用前景,其需要充入超压气体才具有支撑刚度,文中的超压气体指一定压力的气体(超过10k Pa的气体)。由于质量轻、柔度高的特点,充气薄膜结构的振动特性很容易受到内外气体的影响,主要包括预应力刚度效应、压力追随效应和气固耦合效应。预应力刚度效应是指结构在超压气体影响下产生预应力,影响结构的自身刚度;压力追随效应是指超压气体产生的内充压力在变形中总是与结构表面垂直,而这种与变形相关的力会影响结构刚度;气固耦合效应是指结构振动过程中带动内外气体一起振动,并反过来影响其振动。本文主要研究压力追随效应和气固耦合效应对充气薄膜结构振动特性的影响,并建立相应的分析模型,为充气薄膜结构的振动特性研究提供理论参考和分析模型。基于Timoshenko梁理论和虚功原理,考虑充气直梁的截面为变截面,引入内充压力的虚功,推导了含压力追随效应的充气直梁振动控制方程;分析获得压力追随效应引起的结构单元刚度矩阵改变量,建立了考虑变截面引起的轴向压力追随效应的充气直梁单元模型。然后搭建了充气直梁的振动测试平台,测试了变截面充气直梁的振动特性,验证了充气直梁单元模型的准确性。研究了压力追随效应对充气直梁振动特性的影响规律,得到压力追随效应对充气直梁基频的影响显著显著。提出了一种压力追随效应因子,可用来描述压力追随效应对充气直梁固有频率的影响,研究结构尺寸、锥角等几何参数对结构振动特性的影响规律。当充气曲梁曲率半径和截面直径的尺寸处于同一数量级时,采用充气直梁模型分析充气曲梁的力学特性会带来较大的误差。根据虚功原理的虚速度法,引入内充压力的虚功率,推导了充气曲梁的振动控制方程,采用伽辽金法分析并获得曲率相关压力追随效应引起的单元刚度矩阵,建立了充气曲梁的面内和面外振动模型。通过与有限膜和有限梁单元方法对比,验证了充气曲梁单元模型的高计算精度。最后建立了含曲率相关压力追随效应的充气曲梁三维振动模型,分析了初始曲率对充气曲梁振动特性的影响规律。基于声波理论和无矩壳理论,结合流固耦合边界条件,推导了充气梁的气固耦合振动方程,并建立了充气梁气固耦合分析模型。然后利用该模型分析了气固耦合效应对充气梁振动特性的影响规律,获得内部和外部气体对相同振型模态的固有频率影响非常接近。研究了气体密度、体积模量以及内充压力对充气梁振动特性的影响规律,得到气体密度的增加能够降低结构固有频率;还得到充气梁固有频率随着内充压力的增加而减小,这可能是因为内充压力的增加也会导致气体附加质量的增加,这种增量大于内充压力带给结构刚度的增量。研究了充气支撑管的振动特性。首先搭建模拟无重力下充气支撑管的振动测试平台,并测试充气支撑管的振动特性;然后基于由层合铝膜和弹性增强条组成的非均匀充气支撑管的等效刚度方法,采用建立的含压力追随效应的充气直梁单元模型和充气梁气固耦合分析模型,分析充气支撑管的振动特性,并与实验值比较,进一步验证充气直梁单元模型和气固耦合分析模型的准确性;还得到在空间真空环境中忽略气固耦合效应带来的前4阶固有频率偏差小于2.6%。研究了弹性增强条参数和结构形式对结构振动特性的影响规律。最后设计了充气支撑管作为主要支撑结构的薄膜帆结构,并研究了其振动特性,得到充气支撑管和帆面连接悬线可较大幅度提高薄膜帆的固有频率。本文的研究可用于评估充气梁、充气拱和充气环,以及其组成的充气骨架飞艇、充气天线和再入减速器等大型空间结构的振动特性,为充气薄膜结构振动特性设计提供理论依据。