凯芙拉纤维具有的高强度、低密度、耐高温等优异特性使得其在航空航天工业、船舶制造业、汽车工业、体育用品等众多领域具有广泛的应用。使用凯芙拉材料制造的军用防护装备,在拥有坚韧“铠甲”的同时,更具有与其外表不相符的机动灵活性,在战场上挽救了无数士兵的生命。基于绞缆特征的智能结构具有结构简单、响应快、无滞后等优点,并成为目前智能结构领域研究的热点之一。2014年Haines等人在Science发表关于绞缆方式制备的人工肌肉研究成果并指出,绞缆结构的力学、热学特征研究是弄清这类智能材料优异性能的基础。随后,大量的研究人员围绕着这类结构的等效杨氏模量的预测、热膨胀系数的分析等开展工作,取得了一系列重要的研究成果。然而,对于绞缆结构,在外力拉伸或者温度升高的过程中,通常会出现一种退扭现象,这将降低整体结构的力学性能,进而影响其力学响应和输出。本硕士学位论文面向具有广泛工程应用的凯芙拉纤维及其绞缆结构,在弄清凯芙拉纤维力学特征的基础上,对其绞缆结构在拉伸作用和温度升高过程中的退扭现象进行实验与数值仿真,主要工作如下:首先对凯芙拉纤维丝和纤维束在常温与低于120℃的环境温度下的力学性能进行了实验测试。发现Kevlar 29纤维丝是脆性材料,随着温度的升高,凯芙拉纤维丝的模量并不会发生明显变化,而其断裂强度会随温度的升高而下降。在本文的实验条件下,实验观测到Kevlar 29纤维丝会在应变1.6%时发生二次强化。对于凯芙拉纤维束,结果发现随着温度的升高,凯芙拉纤维束的模量会随之降低。接着对凯芙拉绞缆结构在加热过程中的扭转行为进行了实验测量与有限元模拟。采用杜邦公司生产的凯芙拉纤维束绞制了二级绞缆和三级绞缆结构作为本文的实验样品。设计了绞缆结构在加热过程中扭转角变化实时测量的实验平台,对实验平台的可靠性进行了验证。依托该实验平台对凯芙拉一级绞缆、二级绞缆和三级绞缆结构随温度升高产生的扭转行为进行了实验测量,得出扭转角随温度的变化趋势。结果显示随着温度的升高一级绞缆结构会发生退扭,二级绞缆结构会发生紧扭,三级绞缆结构又会发生退扭,并且还发现三种结构在降温过程中与升温时扭转趋势一致。建立了一级和二级绞缆结构模型,对凯芙拉绞缆结构在加热过程中的扭转行为进行了有限元数值计算。发现在不考虑纤维丝间的相互作用时,凯芙拉绞缆结构扭转角的变化与温度是随动关系,并且凯芙拉绞缆结构随温度的升高出现退扭行为,对二级绞缆结构实验中观察到的紧扭现象给出了定性解释。最后对绞缆结构在拉伸过程中的力退扭行为进行了有限元数值计算与分析。针对我们小组已有的绞缆结构拉伸退扭的实验结果,分别建立了对应的梁-壳结构模型,将数值计算结果与实验测量结果进行了对比,发现数值计算结果与实验测量结果吻合良好。其中三绞线结构的单位长度退扭角会随着轴向拉力的增大呈线性增加趋势,对具有相同直径的三绞线结构,当轴向拉力相同时,初始螺旋角越大,单位长度退扭角越小,还分析了杨氏模量对退扭行为的影响。