近年来,具有表面微细功能结构的聚合物薄膜在微光学器件、微生物化学反应系统、微机电系统等领域的应用与日俱增。这一类聚合物薄膜产品的表面微细功能特征尺寸多在10-500μm,其成形加工属于典型的介观尺度制造范畴。实验表明,随着成形特征尺寸降低至介观尺度,聚合物材料的屈服应力和杨氏模量等力学参数呈现出强化的趋势,具有尺度效应。传统的聚合物材料本构模型,无法准确预测聚合物材料介观尺度变形行为,难以指导聚合物表面微细功能结构加工的工艺设计和优化。围绕聚合物介观尺度效应问题,本文研究了宏观尺度下聚合物材料的力学性能,搭建了考虑应变率影响的弹粘塑性模型;开展了不同厚度的聚合物薄膜微弯曲实验,研究了介观尺度下聚合物材料的尺度效应规律,并为了描述介观尺度下聚合物的变形行为建立了应变梯度弹粘塑性本构模型;建立考虑考虑尺度效应的聚合物变形仿真分析的有限元模型;实验分析了聚合物表面微细压印成形中的尺度效应现象,探索了聚合物表面复杂结构大面积微细辊压成形的可行性。本文的研究成果主要集中在以下几个方面:1)宏观尺度下聚合物材料弹粘塑性力学行为研究针对宏观尺度下聚合物材料的力学特性,本文开展了不同应变率条件下聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)的单轴压缩性能实验,研究了应变率对聚合物应力应变关系的影响规律。为了描述聚合物材料所表现出的线弹性、屈服、应变软化和应变硬化等力学行为,引入虎克模型、Eying模型、内变量及Langevin模型,建立了适用于宏观尺度下聚合物变形的弹粘塑性本构模型。针对PMMA材料,求解了其弹粘塑性模型中的关键参数,并进一步分析了关键参数对聚合物材料应力应变关系的影响规律。2)介观尺度下聚合物材料尺度效应研究及本构建模为了研究介观尺度下聚合物变形行为,本文搭建了四点微弯曲实验平台,采用工业相机和图片处理方法获取聚合物薄膜的弯曲曲率随时间的变化过程,研究了不同膜厚条件下聚合物材料的弯曲性能。结果表明随着膜厚的减薄,弹性弯曲刚度和无量纲弯曲弯矩都表现出强化行为。为了精确预测介观尺度下聚合物材料的变形行为,本文将偶应力和旋转梯度这对功共轭变量引入弹粘塑性本构模型中,建立了考虑介观尺度效应的应变梯度弹粘塑性本构模型。结合PMMA微弯曲实验数据,对其材料内禀长度进行了求解,通过实验和理论值得对比分析,验证了应变梯度弹粘塑性本构模型预测聚合物介观尺度效应的可行性和精确性。3)基于应变梯度弹粘塑性模型的聚合物成形仿真建模利用有限元软件ABAQUS的用户自定义单元子程序UEL,研究了应变梯度弹粘塑性本构模型的增量数值化方法,结合自定义单元,形成了考虑聚合物尺度效应的仿真建模方法。在此基础上,建立了考虑尺度效应的聚合物四点微弯曲仿真分析模型,通过实验和仿真值的对比,验证了自定义有限单元预测微弯曲中聚合物介观尺度效应的准确性,并通过等比例弯曲仿真案例,揭示了介观尺度下聚合物材料力学性能的强化机理。4)聚合物表面微细压印成形工艺研究利用V型压头的结构自相似性,设计了聚合物表面微细压印成形等比例实验,研究了不同压深尺度下PMMA材料的变形行为。实验表明,随着压深减少至介观尺度,微细压印成形中聚合物材料表现出硬化行为。通过仿真分析方法,研究了旋转梯度的引入对聚合物微细压印成形仿真分析精度的影响。本文基于微细辊压成形系统,实验研究了辊压工艺参数对聚合物表面复杂结构成形质量的影响规律,利用中心组合实验设计方法得到了辊压成形高度的回归模型,并仿真分析了微细辊压成形中聚合物材料流动特点,为聚合物复杂结构微细辊压工艺尺度效应研究奠定了基础。本文针对介观尺度下聚合物材料尺度效应,围绕宏观尺度下聚合物材料弹粘塑性力学行为、介观尺度下聚合物材料尺度效应及本构建模、基于应变梯度弹粘塑性模型的聚合物成形仿真分析、聚合物表面微细压印成形工艺四个方面进行了详细的研究。本文的研究结果和分析方法将为介观尺度下聚合物材料流变行为分析和聚合物表面功能结构的微细压印成形工艺设计提供理论基础。