随着现代科学技术的迅猛发展,越来越要求器件具有高度集成化和多功能一体化。薄膜/基底结构因其兼具力学和功能性等方面的优势,被广泛应用于柔性电子、柔性能量收集、光电子器件等领域。其中薄膜/基底结构的表界面力学行为在应用中扮演着至关重要的作用。如利用表面失稳与分层释放大量膜应变进而设计出高可拉伸/压缩的柔性电子器件、以及利用应变在层间的传递来调谐光电性能等。而目前对薄膜、基底及层间高度非线性、强耦合的复杂变形机理的阐释仍不充分,因此研究薄膜/基底结构的表界面力学行为对理解变形机制,进而指导其工程应用具有重要意义。本文首先开展了周期性结构化薄膜/基底结构的表面褶皱行为研究。基于实验和有限元的观察结果确定了梯形、铰链形、梯形-正弦混合形表面褶皱模式,表征了单褶皱周期内各表面褶皱模式下结构的总变形势能。利用最小势能原理推导了各褶皱模式的临界褶皱应变。通过对比临界应变的大小,确定了铰链形褶皱的产生条件以及铰链形褶皱向梯形和梯形-正弦混合形表面褶皱的转变条件,绘制了铰链形褶皱关于结构和材料参数的相图。进一步,基于铰链形褶皱的变形特点,设计了具有可调谐压电势和拉伸/压缩性能的压电集能器。系统讨论了集能器的工作范围以及各结构、材料参数对集能器压电势、拉伸/压缩性能的影响规律。研究了薄膜/基底结构在压缩应变下的屈曲分层行为。建立了薄膜/基底结构考虑大变形效应的褶皱诱导分层的力学模型,分析了表面褶皱产生、褶皱演化、屈曲分层产生及其扩展的力学行为。讨论了基底的可压缩性对褶皱特性的影响以及利用界面应力方法判断临界分层的局限性,并从能量的角度推导了在表面褶皱与界面分层共存下等效层间强度的预报公式。分析了褶皱及分层特性随压缩应变的变化规律。研究了石墨烯纳米带/基底结构的剥离及层间滑移行为。利用周期势能函数表征了层间的范德华相互作用,并基于用户子程序（UINTER）模拟了石墨烯纳米带相对于石墨烯基底的剥离与滑移力学行为。研究表明剥离行为取决于层间法向应力与纳米带弯曲变形的耦合作用,滑移行为取决于层间切向应力与纳米带拉伸变形的耦合作用。分别考虑了伴随着滑移的剥离以及固定剥离距离的滑移两种耦合工况,研究了两种工况下层间粘附与摩擦的耦合特性。利用该特性提出了一种测量纳米带层间粘附和摩擦的方法。本文最后研究了石墨烯薄膜/基底结构的层间扭转变形行为。利用有限单元法仿真分析了石墨烯薄膜扭转过程中的变形特性,研究表明层间范德华作用在法向和切向方向的耦合导致了扭转过程中石墨烯薄膜同时发生面内和面外变形。根据刚性扭转时层间势能密度和单胞尺寸的变化特点以及释放刚性约束时石墨烯薄膜的变形特征,建立了扭转石墨烯薄膜的应变势能函数和层间势能函数,并结合势能驻值原理,分析获得了薄膜的面内外变形随扭转角度的变化规律。