形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer,SMP）作为一种主动变形材料,能够感知外界环境变化,从而发生形状记忆回复变形。近年来,得益于4D打印等先进制备方式的出现,使得基于SMP的更多复杂结构的制备成为可能,比如广泛存在于自然界及工业界的球壳结构,三角形及六边形蜂窝结构等,从而进一步拓宽了其应用领域。球壳结构、三角形蜂窝单元、及六边形蜂窝单元等是一种典型的具有负刚度及跳变特征的结构,其在构型转变过程中能够发生较大的变形行为。因此,非线性的材料属性与非线性的变形机制的结合而带来的,在力学响应及功能应用方面新的表现具有重要的研究意义。在基于智能材料SMP的复杂非线性结构中,SMP本身的粘弹性特性会导致其变形具有很强的时间及速率的相关性。若将其与具有特殊力学行为的几何结构相结合,可以实现结构在保持原有承载功能及力学响应的基础上,还具有与时间及外界环境相关的感知和调控能力,这也为其多功能应用提供了更多可能性。可见,材料非线性对结构的非线性变形行为,如跳变不稳定性等具有不可忽视的影响。在此背景下,本文旨在将SMP与具有负刚度及跳变特征的非线性大变形结构相结合,从SMP与时间相关的粘弹性特性出发,先得到粘弹性跳变结构的力学行为,进一步结合与温度相关的SMP本构模型,推导出基于非线性材料的复杂结构的力学响应,研究其跳变,双稳态等力学行为,为其功能化的应用提供更多可能性。首先,本文从理论模型建立和实验验证两个方面研究了材料粘弹性特性对球壳结构的跳变不稳定性的影响,并重点分析了由于粘弹性而引起的球壳独有的伪双稳态行为。为了解释伪双稳态发生的机理,建立了粘弹性球壳的离散化模型,该模型能够为粘弹性在伪双稳态中的作用提供定量化的理解,并对结构的不同稳定状态给出预测。通过无量纲化处理,得到了影响结构瞬时稳定性的两个参数相对刚度n及高径比,并给出了影响结构稳定性的机制图。同时,该研究也分别给出了球壳加载过程的瞬时响应,及松弛后的动力学表现。为了分析模型输入变量对输出变量即跳变时间的相对重要程度,利用基于方差的敏感性分析方法,对模型中各个输入参数进行敏感性的分析,得到几何参数对跳变时间的影响最大,其次为相对刚度n。而松弛时间的影响在不同的时间尺度范围内表现出较大的差异。另一方面,为了对不同粘弹性球壳跳变过程中的载荷及能量响应进行评价,对结构进行有限元分析。实验方面,以典型的粘弹性材料硅橡胶为原料制备球壳结构,对其进行压头压缩实验来验证结构的不稳定性行为,并与有限元结果对比。接着,为了研究预制几何缺陷对粘弹性球壳在结构稳态变化规律以及跳变时间等方面的影响,首先针对缺陷对弹性球壳稳定性的影响,通过基于小应变中旋转假设的连续性球壳理论,引入高斯分布式的几何缺陷,得到具有几何缺陷的大变形球壳从初始加载以至后屈曲变形过程中的载荷位移响应。进一步,关于缺陷对伪双稳态的影响,进行有限元仿真和实验验证,过程中系统且精确地调整并控制几何缺陷的尺寸和轮廓。从粘弹性球壳的瞬态载荷响应及动力学表现中可以得到,正向的缺陷使结构向双稳态区域移动,而负向的缺陷使结构向单稳态区域移动,同时很小幅值的几何缺陷对结构的伪双稳态也具有较为关键的影响。这里,为了进一步探究几何缺陷背后的作用机理,并为有限元及实验结果提供合理的解释,基于标准线性固体（SLS）模型,建立了具有预制几何缺陷的粘弹性球壳结构的离散化模型。然后,通过实验与理论相结合的方法,着重研究同样具有跳变不稳定性的三角形,六边形蜂窝单元等填充方式引起的SMP打印结构在力学行为及形状记忆效应等方面的表现差异,并对打印结构的各向异性性能进行评价。实验上,通过单轴拉伸及压缩实验对打印结构力学响应进行表征。理论上,分别利用经典层合板理论与蜂窝等效理论对直线式及蜂窝式填充结构的刚度特性进行预测。同时研究了填充单元力学性能对打印结构粘弹性松弛行为的影响,给出了不同填充方式下的粘弹性描述。进一步,针对基于SMP及典型粘弹性材料的三角形及六边形蜂窝单元,建立通用化的离散化模型,对其变形及回复过程的机理进行分析。该模型将结构的拉伸效应与弯曲效应进行分离,并且可以同时描述三角形单元与六边形单元的力学行为,具有通用性的特点。结果表明由于粘弹性的存在,导致结构的承载能力有所下降,且结构随着松弛系数的变化可以实现稳定性状态的变化。SMP结构的稳定性状态机制图给出双稳型跳变,单稳型跳变,S型及纯单调型四种类型。模型说明回复过程中,SMP结构在不同的温度激励下,具有不同的力学响应,实现了温度对其回复过程的调控。最后,在一些特定的应用场景下,SMP的变刚度特性及形状记忆效应的发挥受到其极限强度的限制,为此,本文基于弧形跳变结构,详细地对碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料一体化铰链进行了设计、研究与评价,并得到了很好的应用。