失稳现象在自然界和工程领域广泛存在,例如人类皮肤上的皱纹,太空展开天线反射膜面的褶皱失稳,高容量锂电池中固态电解质界面的枝晶失稳以及柔性电子器件的屈曲设计等。如何理解自然界中失稳现象和实际工程应用中失稳机制,已成为力学、材料、生物等诸多领域关注的热点问题。薄膜失稳研究一方面有助于提出抑制褶皱策略并指导结构设计,避免产品在服役过程中功能失效、寿命降低,另一方面有助于赋予材料新的功能,更好的发挥器件的用途和优势。本文以薄膜结构为主要研究对象,通过理论分析、数值模拟和实验测试等手段,深入研究褶皱失稳机制、后屈曲形貌演化以及多种失稳模式相关性等,为薄膜结构在高容量锂电池、柔性电子、薄膜航天器等领域中的应用提供理论支撑。研究了扭转载荷作用下圆环薄膜褶皱失稳及屈后振动特性。采用非线性von-Kármán理论建立了圆环扭皱的屈曲控制方程,利用混合级数法和有限差分方法,获取了临界屈曲载荷和褶皱构型。在褶皱构型基础上,建立了Hamilton振动控制方程,通过数值求解获取了屈后振动频率和模态。探讨了结构尺寸对临界屈曲载荷与振动频率的影响。利用非接触数字摄影测量技术对理论分析结果进行了验证。研究了充气梁在弯曲载荷作用下的整体-局部耦合失稳行为。采用傅里叶级数方法,对结构整体和局部变形进行级数展开,建立了整体-局部耦合屈曲控制方程。通过追踪平衡路径,得到了充气梁在弯曲载荷作用下的临界屈曲载荷。探讨了几何参数、充气压力和边界条件等因素对充气梁失稳行为的影响。考虑充气梁非均匀截面椭圆化特征,分别引入描述整体和局部变形变量,建立了含积分约束的充气梁多模式耦合失稳控制方程,采用连续算法获取了结构整体屈曲、局部褶皱与椭圆化失稳的关联关系,得到了充气压力与结构尺寸对充气梁屈曲行为的影响规律。进行了薄膜/弹性基底系统在压缩载荷作用下的多级分岔失稳和屈曲诱导分层行为研究。建立了薄膜/基底系统整体-局部耦合屈曲控制方程,采用连续算法实现了多级分岔点的识别与屈后路径的追踪,获取了整体和局部屈曲的临界条件以及失稳形貌演化特征。通过引入Heaviside函数,得到了整体和局部屈曲诱导分层的临界条件,分析了屈曲对层间分层的影响以及屈曲诱导分层的演化特征。研究了薄膜/塑性基底系统的褶皱失稳和棘轮行为研究。建立了薄膜/塑性基底失稳力学理论模型,通过线性摄动分析,获得了临界褶皱应变和褶皱波数。研究了系统在循环本征应变载荷作用下的塑性棘轮特征,确定了棘轮产生的临界条件,绘制了薄膜/塑性基底系统在循环载荷作用下的失稳形貌特征相图,明确了系统的弹塑性褶皱、塑性棘轮以及有无褶皱的安定特征,揭示了褶皱与棘轮的相互耦合作用机制。分析了粘弹塑性壳核结构的扩散诱导褶皱失稳行为。建立了扩散力化耦合失稳大变形理论模型,考虑材料粘弹塑性变形对结构失稳的影响,采用有限单元方法,利用Abaqus子程序脚本(UEL),通过编写力化耦合单元进行数值求解。分析获得了壳核结构在循环载荷作用下,扩散导致的应力分布以及扩散诱导的表面失稳特性,预报了临界褶皱模态,揭示了扩散诱导失稳的两种不同机制,分析了系统在循环载荷作用下展现出的褶皱和棘轮耦合行为。