人类社会研究的一个终极命题就是我们从哪里来以及我们到哪里去,而薄膜结构恰似这个问题起点与终点的桥梁。因为在现实生活中,无论是小到生物体自身微米级的组织细胞还是大到探索宇宙的百米级大型充气展开结构,他们都是典型的薄膜结构。因此,对这些薄膜结构的深入研究无论是对于探索我们自身还是我们生存的环境都有重要意义。虽然质轻、柔软以及展开可靠性高等优点使得薄膜结构广泛应用于科学研究和工程应用中,但是超薄壁、欠刚度和柔弹性等特点使得结构在外载荷作用下很容易由于失稳产生大面积褶皱导致结构失效。薄膜结构由于在外载荷作用下会出现大转动、大变形,因此接触现象在其实际应用很常见,复杂的接触边界条件使得其解决过程变得更为困难。因此,着眼于薄膜结构的稳定性与接触问题,在理论预报、仿真分析以及实验测试方面进行研究,对其在科学研究与工程应用中都具有重要意义。首先,基于Euluer-Bernolli梁和薄壳假设建立了薄膜充气梁在局部均布载荷作用下的三点弯曲模型,将载荷的几何参数引入到了理论预报公式中,使得薄膜充气梁的褶皱预报理论应用更为广泛。引入了薄膜结构的弯铰概念来预报充气梁的失效模式,并对一些关键性的弯铰参数进行预报。通过设计非接触性实验测试与仿真分析的方法对薄膜充气梁的弯皱理论与弯铰假设进行验证。发现对起皱载荷、起皱位置、褶皱应变、褶皱区轴向长度、弯铰载荷、弯铰位置这些重要的褶皱参数,以及局部拉应力与褶皱角之间、载荷与位移之间这些重要关系的理论预报与实验测试及仿真结果的误差在10%以内。所以,对薄膜充气梁褶皱的预报以及弯铰的假设是有效的。将薄膜充气梁的弯皱与弯铰理论应用到结构形式更为一般的平流层飞艇囊体上,通过对其弯皱与弯铰特性进行理论预报来指导飞艇的设计。其次,以平流层热环境为背景,以平流层飞艇囊体结构为研究对象,通过仿真分析的方法对这种典型薄膜充气囊体结构的热-弯耦合屈曲行为进行分析。薄膜充气囊体在机械载荷作用下经历了整体弯曲、整体-局部屈曲、弯铰三个典型阶段。沿着囊体的轴向,结构在机械与热载荷作用下都会出现皱曲分叉。环向截面上,囊体结构在热载荷作用下出现负椭圆化,在机械载荷作用下出现正椭圆化。调整机械载荷与热载荷的加载顺序,分析两种载荷对结构屈曲性能的相互影响,发现将任何一种载荷施加到由于另一种载荷而屈曲的囊体结构上,虽然纵向截面上褶皱区面积、平均褶皱振幅以及整体弯曲程度都会增加,环向截面上的椭圆化都会削弱,但两种载荷并不满足简单的叠加原理。然后,建立了典型的薄膜充气球与刚性基体的接触模型,基于力平衡的分析方法以及Mooney–Rivlin超弹性材料模型,通过参数替换将平衡方程化为四个一阶常微分方程,根据不同的接触边界条件设计求解方案,运用龙格-库塔迭代的算法对微分方程进行求解。发现在有摩擦力的时候,充气球的环向拉伸比与应力在角度等于所设接触角的地方出现明显的分界点,在接触区他们随角度坐标增加而减小,在非接触区他们随角度坐标增加而增加。在高摩擦系数的界面上,接触区的环向拉伸比与应力较大,而在非接触区较小。因此,在不同摩擦系数条件下,环向拉伸比与应力曲线都会有一个交点,此处环向拉伸比与应力变化最快。充气球最容易在高摩擦系数条件下,在中间位置沿着横向发生破坏。最后,以生物体组织细胞与细胞外微组织间的相互作用可视化为应用,建立了薄膜结构的接触-屈曲模型,将组织细胞等效为弹性板、将细胞外微组织等效成柔性薄膜基体以及将细胞与胞外组织相互作用的生物键等效成界面接触摩擦。通过数值仿真分析的方法,对薄膜结构接触-屈曲的计算模型进行分析。随着位移载荷的增大,薄膜基体由于界面摩擦力的作用出现失稳现象,薄膜基体与弹性板形成的空腔体积一直在增大。随着薄膜基体弹性模量的增加,薄膜基体失稳程度降低,弹性板的失稳程度由于界面摩擦力的增大也变大,弹性板与薄膜基体形成的空腔体积减小。随着弹性板弹性模量的增加,弹性板的失稳程度降低,薄膜基体的失稳程度由于界面摩擦力的减小而变小,弹性板与薄膜基体形成的空腔体积减小。