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气动潜孔锤钻进效率高，施工周期短，具有显著的经济效益，其应用领域不断拓宽，逐步成为一种常规高效的岩层钻进方法。气动潜孔锤是钻进系统中关键设备，目前仍以经验设计为主，其凿岩系统的瞬态冲击仍是多体动力学研究的“瓶颈”问题。本文依托国家自然科学基金项目(项目编号NO.50475056)，对以气动潜孔锤主体的钻进系统开展研究，建立潜孔锤的虚拟样机，研究系统参数和结构参数对潜孔锤主要性能冲击功、冲击频率的影响。数值分析了潜孔锤凿岩系统(活塞-钻头-岩石)的瞬态冲击响应。在此基础上，申请并获得国家自然科学基金立项批准(项目编号NO.51275493)，项目将主要研究潜孔锤接触冲击的屈曲、临界速度和柔体接触冲击的一般理论问题。具体内容如下：(1)将气动潜孔锤与供气源作为一个系统，联立活塞运动方程、气室气体流量方程、状态方程和等熵方程，建立了气动潜孔锤活塞非线性气固耦合动力学模型，开发气体驱动子程序，并成功建立了气动潜孔锤虚拟样机，用虚拟样机来代替物理样机验证设计，便于潜孔锤动力学缺陷的修改设计，缩短开发周期，提高潜孔锤设计的可靠性。(2)创新性地利用冲击动力有限元LS-DYNA3D程序，基于非线性、大变形脆性岩石采用H-J-C模型，对活塞-钻头-岩石柔性系统进行3D实体建模，研究了较高速碰撞时，潜孔锤钻头球齿侵彻岩石高度非线性问题的求解，再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石时应力波在复杂柔性体内的传播过程。(3)创新性地采用模态分析、模态截断技术来研究“活塞-钻头-岩石”边界、初始条件及系统参数对柔体接触冲击的一般规律，成功求解了显式函数表达任意瞬时和位置弹性杆内应力波（冲击力）；通过特征方程求解，初步研究支撑刚度、长度比等因素对活塞钻头冲击力影响的一般规律。(4)冲击速度对活塞与钻头之间冲击力大小有影响，但岩石属性（硬度、强度等）对其影响不明显；冲击速度和岩石属性对钻头球齿凿入岩石的冲击力和冲击时间都有明显的影响。(5)把理论与数值分析相结合，系统研究了Hertz接触瞬态冲击动力学响应，揭示了Hertz接触冲击屈曲区封闭的特征。屈曲区超过接触面，明显的塑形变形减小了压力脉冲的强度，构建柔性或局部柔性Hertz接触冲击屈曲的临界判据，重构了具有波动效应或准静态Hertz接触屈曲的临界冲击速度。以工程实践中机械装备和工具的应用为背景，建立多柔体接触冲击的理论和建模体系，有助于促进多柔体接触冲击动力学理论发展，该理论体系同样适用于凿岩冲击器、拆除破碎机和太空冲击取样钻瞬态凿岩分析与设计。