含过渡层的柔性基底薄膜(Soft Substrate Interlayer Film,以下简称SSIF)结构由于具有较高的柔性、延展性、高效和低成本制造等特点,而广泛应用于薄膜晶体管、柔性电子元件、航空航天和生物医学等领域。相比于单层薄膜硬基结构,SSIF结构改善了结构的力学性能,深刻影响膜基结构的损伤行为。SSIF结构在服役过程中承受较复杂的载荷作用,使得结构常常出现薄膜脱粘、屈曲和断裂等行为,从而影响器件的使用寿命,给构件的应用带来损失。为了更好的模拟结构组件的实际应用环境,双向载荷状态更接近器件的实际受力情况。因此,对SSIF结构双向载荷下断裂损伤的研究具有重要意义。本文基于双向拉伸十字形试件中心区域应变的均匀性优化设计了实验试件,并给出了不同加载比下,中心均匀应变区域的尺寸。同时自主研发了适用于柔性基底成型的模具,该模具具有成型操作简单、成本低、结构紧凑、精度高等特点,可实现柔性基底材料的快速批量生产。采用成型的PI(聚酰亚胺)基底进行磁控溅射镀膜,制备不同结构的SSIF结构。根据实验要求设计研发了一套双向拉伸加载系统,该系统具有大量程、小增量、高精度、成本低、可调加载比和对中加载等特点,并可以配合高倍光学显微镜实现微纳米尺度薄膜原位实时测量。该加载装置主要通过单片机控制两台步进电机同步驱动正反丝杠,并通过机械传动系统,实现对试件的双向可变比例加载,与S型力传感器和千分表配合使用,对试件两个方向位移和力进行测量。本文详细介绍了各部件的工作过程、数据采集以及加载比例调整装置的使用。实验装置经过实验验证,满足微纳米尺度薄膜材料的测量,具有一定的可靠性。有限元分析了不同加载比和中间层泊松比对各层双向应力比及其传递的影响。在高倍光学显微镜下观察上层薄膜的断裂损伤行为,研究了双向拉伸载荷下裂纹形貌的特点。并针对不同位移加载比例和不同薄膜结构影响下的裂纹形貌进行了分析。最后,通过最小应变能密度因子理论分析了二级裂纹开裂角度。