工程中壳体结构的失稳现象,从结构安全与可靠性的角度来说,是应该尽量避免的。然而,近年来学者们已经将各种失稳机制巧妙运用于软材料与柔性结构创新设计等领域,例如利用壳体结构的突跳失稳特性来设计气动软体驱动器。因此,对壳体结构突跳失稳现象的力学研究是有必要的。不过,目前现有文献对单一球壳以及组合薄膜结构的突跳失稳现象研究较多,而对组合球壳的研究极少。鉴于此,本文以由两个厚壁软球冠组合而成的封闭空腔结构为主要研究对象,通过数值模拟与模型实验相结合的手段,研究其独特的气动突跳失稳和回弹现象,揭示其组合失稳机理。本文主要研究内容及成果如下:(1)通过商用有限元软件ABAQUS对单一软球冠结构进行系统的数值模拟和参数分析,并对关键的模型参数进行筛选和优化,挑选出几组P-w(压强-挠度)曲线较为合适的软球冠,两两组合成双球冠结构并对其进行气动数值模拟,基于对P-V(压强-体积)曲线的详细分析,揭示其独特的突跳失稳现象及力学规律;此外,通过对单一软球冠结构的三维数值模拟,探究其发生对称失稳与非对称失稳的条件,从而对组合双球冠结构P-V曲线的部分特性进行合理解释,并为组合双球冠结构的优化设计提供有益的指导。(2)基于数值模拟所得的优化模型参数,对组合双球冠模型所预测的独特突跳失稳现象进行实验验证。通过3D建模、3D打印模具、软材料浇注、固化成型、组装等一系列步骤,在实验室条件下制备出了几个合适的组合双球冠实物模型,并成功观测到了其独特的气动突跳失稳现象。(3)数值模拟的结果与实验研究的结果二者基本保持一致,即:较深“一大一小”的组合双球冠其气动突跳失稳现象明显,但灵敏度较低;较浅“一大一小”的组合双球冠其气动突跳失稳现象不太明显,但灵敏度较高;较浅“一样大”的组合双球冠其气动突跳失稳现象较明显,且灵敏度也较高。本文的研究对于气动软体驱动器的创新结构力学设计而言,具有一定的指导意义和参考价值。