月球着陆器和返回舱在月、地表面着陆时的冲击响应是影响着陆任务成败的关键。采样返回和载人登月对着陆冲击过程提出更高的要求,冲击载荷需要低于航天员的承受能力,并保证搭载设备和仪器的安全。航天器的安全着陆是登月探测和采样返回的重要保障。着陆过程中航天器与星壤（土壤、月壤等）的相互作用,需同时考虑星壤的非连续特性和航天器结构的连续特性,多介质耦合问题给数值模拟带来困难。为此,本文提出针对航天器着陆过程分析的数值方法。为分析着陆过程中航天器与星壤之间的相互作用,本文基于离散元方法（DEM）采用具有粘结-破碎性质的球体单元建立星壤的计算模型,对其缓冲耗能特性进行研究;通过有限元方法（FEM）采用梁单元和壳单元建立航天器（着陆器和返回舱）的结构模型,并对其动力特性进行分析;发展土壤与返回舱的离散元-有限元耦合算法（DEM-FEM）,并通过锥体的冲击试验对该算法进行验证;建立着陆器的有限元-多体动力学耦合模型（FEM-MBD）,发展离散元-有限元-多体动力学耦合算法（DEM-FEM-MBD）并应用于着陆器着陆过程的研究。此外,针对多介质耦合算法的时间步长异步问题,建立协调时间步长法,并应用于航天器着陆过程的数值分析。本文的主要研究内容如下:（1）航天器与星壤相互作用的DEM-FEM耦合算法采用非规则排列的球形颗粒构造星壤离散元方法,介绍离散元的运动方程、单元之间以及单元与结构之间的接触判断和接触力计算方法、球体与壳单元和梁单元之间的等效节点力的计算方法;建立星壤的粘结-破碎模型,用以模拟星壤在冲击过程中的破碎过程,设计锥体对星壤的冲击试验并建立对应的数值模型以验证DEM-FEM耦合算法的正确性。（2）返回舱着陆过程的DEM-FEM耦合分析基于DEM-FEM耦合算法对返回舱的着陆过程展开分析,为返回舱的安全回收提供理论参考。首先,采用壳单元建立返回舱的有限元模型,将DEM-FEM耦合计算得到的结构最大加速度和反弹速度与商业软件LS-DYNA的仿真结果进行对比,验证计算模型的正确性以及DEM-FEM耦合方法的合理性;随后分析着陆过程中返回舱大底的应力分布规律,以及冲击作用下颗粒介质的动力特性。由于进入大气层之前返回舱要经过“黑障区”致使最终的着陆姿态无法预定,因此,对不同着陆姿态下返回舱的动力特性进行分析。考虑返回舱的回弹会对搭载试验设备和宇航员的安全造成威胁,所以详细讨论回弹的影响因素和避免回弹的方法,为其安全着陆提出有效方案。（3）多介质耦合算法的协调时间步长法为解决多介质耦合算法中时间步长异步的问题,提出并建立协调时间步长法。通过外推方法获得每个离散元时间步长中结构受到的接触力,并通过平均方法得到等效载荷,从而更新结构的位置;随后建立冲击模型、自由落体模型和电动摆锤三个模型验证以上方法的正确性;最后讨论影响多介质耦合算法计算效率的主要因素,结果表明构成结构的单元数量以及离散元模拟的时间步长对整个计算过程的使用时间有较大的影响。（4）着陆器与月壤相互作用的DEM-FEM-MBD耦合分析为解决可发生大范围运动的变形体结构系统与颗粒介质相互作用问题,发展DEM-FEM-MBD耦合算法。在混合坐标系下建立结构的FEM-MBD耦合模型,并实现对结构位移和变形耦合问题的分析。通过轮胎滚动模型验证以上算法的正确性,并讨论不同滑移率对滚动过程的影响。基于以上方法,采用壳单元和梁单元建立着陆器的FEM-MBD耦合模型并设计着陆器的二级缓冲装置,对着陆过程中足垫的应力分布以及月壤颗粒的动力特性进行研究。重点讨论影响着陆器安全软着陆的主要因素,并对比三种着陆模型下月壤颗粒的吸能比,结果表明月壤可有效吸收着陆器的机械能,且倾斜着陆模式下月壤吸收的能量更多。最后,对DEM-FEM-MBD耦合算法及航天器着陆过程的研究工作进行总结,并讨论后续研究的主要问题。