平流层飞艇具有定点飞行、留空时间长、探测范围广、载荷能力强等优点,而制成高性能的蒙皮材料是平流层飞艇的关键技术之一。随着新一代复合材料的发展,世界主要军事强国再次掀起了对平流层飞艇的研究热潮。通常飞艇蒙皮材料需要具有强度高、质量轻、低氦渗漏、耐低温以及抗撕裂等特点。但是工程实际中发现,蒙皮材料在制作或安装使用过程中易产生内部缺陷或造成撕裂损伤,轻者造成轻微漏气,严重者将可能导致飞艇整体结构破坏,从而影响飞艇的使用安全及寿命。因而,对于蒙皮材料的撕裂性能研究具有重要的意义。本文以一种新型飞艇蒙皮材料为研究对象,基于单侧边切缝撕裂试验,中心切缝撕裂试验以及扩展有限元数值模拟,对膜材的撕裂性能进行了系统研究。首先,对试件宽度和切缝长度不同的膜材进行侧边切缝撕裂试验,既研究了试件撕裂破坏过程,也分析了侧边切缝长度、试件宽度对膜材临界撕裂应力的影响。结果表明,撕裂过程大致可以分成初始阶段、切缝张开阶段、切缝扩展阶段和撕裂破坏阶段;在试件宽度相同时,膜材临界撕裂应力随着切缝长度的增大而非线性减小;当切缝长度固定时,膜材临界撕裂应力随着试件宽度的增大而非线性增大。同时,也对试件宽度固定但切缝长度不同的膜材进行了中心切缝撕裂试验,对比了侧边切缝和中心切缝撕裂破坏的异同。结果表明,蒙皮材料中心切缝单轴拉伸撕裂的扩展破坏过程与侧边切缝撕裂破坏过程较为一致,由于具有中心切缝的试件在切缝两侧有其他纱线约束,在载荷加载初期,切缝尖端附近不会发生明显地翘曲现象,而具有侧边切缝的试件由于在切缝尖端一侧没有其他多余纱线约束,在载荷加载初期,会发生比较明显地翘曲现象;试件宽度为50根纱线的膜材,其中心切缝临界撕裂应力值和试件宽度为25根纱线的侧边切缝临界撕裂应力值近似相等。其次,通过扩展有限元法就膜材撕裂扩展特性进行模拟,将侧边切缝撕裂破坏的扩展有限元模拟结果和单轴侧边切缝撕裂试验数据进行对比,深入研究切缝尖端附近纱线的应力分布规律以及试件宽度对膜材临界撕裂应力的影响,同时也将单轴侧边切缝的撕裂性能模拟结果和与之对称的中心切缝的撕裂性能模拟结果进行对比,分析其临界撕裂应力的异同。结果表明,该扩展有限元数值模拟法能够有效模拟出含有初始切缝的新型膜材试件撕裂破坏的过程;纱线承受的应力随着距离切缝尖端越来越远而非线性减少,且距离切缝尖端较远的纱线承受的应力近似均匀分布;当切缝长度固定时,膜材临界撕裂应力随着试件宽度的增大而增大,但增大的幅度将逐渐减小,随着试件宽度逐渐增加,获得的膜材临界撕裂应力值将趋于稳定;该膜材的单轴中心切缝试件的临界撕裂应力和对应的单轴侧边切缝试件(侧边切缝试件宽度和切缝长度分别为中心切缝试件宽度和切缝长度的一半)的临界撕裂应力模拟数值吻合性较好。最后,从膜材撕裂破坏的微观力学角度出发,得到临界撕裂应力的等比应力传递因子理论公式,又将单轴侧边切缝临界撕裂应力的试验值、模拟值和理论公式进行对比。结果表明,该等比应力传递因子理论公式计算出的膜材临界撕裂应力值和试验值、模拟值吻合性较好。