充气式薄膜结构是本世纪逐渐发展起来的新型结构形式,具有重量轻、强度高和外形新颖等特点,在世界各地得到广泛使用。近年来,国内外学者对这类结构的受力分析研究取得了一定的进展,然而已有的研究对实际工程中常用的多层充气薄膜结构的力学性能及破坏状态很少涉及。本文以ETFE材料的气枕式薄膜结构为例,采用显式有限元数值计算方法,对双层和三层气枕式薄膜结构的形态、受力与破坏问题进行系统研究,分析了不同状态下气枕式薄膜结构静力和动力学性能;并以工程中常用的三层气枕式薄膜结构为对象,进行其不同条件下的破坏模拟,并给出实际工程应用的建议,为今后的工程设计提供参考。具体内容包括:(1)首先,简述了动力学问题求解的显式算法与隐式算法的适用范围与区别,确定采用显式有限元算法分析薄膜结构力学性能及破坏,作为后续研究的理论基础。(2)然后,基于显式有限元理论,采用通用有限元软件ANSYS Workbench,通过对ETFE膜面施加均布压力的方法获得其初态,作为静力与动力分析的几何模型;提出形态分析理论,用以确定充气薄膜结构的数值分析模型;对不同层数、不同平面外形的充气薄膜结构进行找形分析获取对应形态,验证形态分析理论的准确性和适用性。(3)同时,基于形态分析理论,在不同工作内压与荷载条件下对比分析双层和三层ETFE气枕式薄膜结构的应力和变形的特性;并研究三层气枕式薄膜结构上下腔气量差对结构力学性能的影响,为工程设计提供重要依据。(4)最后,基于三层ETFE气枕式薄膜结构影响因素的参数化分析结果,考虑这类结构不同破坏形式,对其内压、应力和变形的变化规律进行了初步的探讨,为该类结构破坏后形态的维护提供建议。