建筑中的膜结构和空间任务中的可展超大型张拉膜结构,其主要组成部分大都采用很薄的柔性膜材,这些膜材具有很小的抗弯和抗压刚度,当其受压缩应力作用大于结构的预张力时,会导致结构局部褶皱的发生。褶皱会影响膜结构的表面精度,破坏结构的力学性能,严重者甚至导致膜材撕裂。因此,研究褶皱形成的机理,成为迫切需要解决的问题。本文从褶皱理论的发展过程入手,分析了张力场理论和分叉屈曲理论的区别和联系。结合膜结构几何非线性有限元理论,详细推导膜结构的有限元分析方程,给出几何非线性膜单元在局部、整体坐标系的平衡方程,为编制程序打下基础。借助Fortran程序语言,膜单元采用三节点九自由度的空间三角形(平面)单元,索(杆)单元采用两节点六自由度的空间直线单元,考虑初始预应力所形成的切线刚度矩阵,对膜结构进行几何非线性分析,求解非线性方程组时采用全Newton-Raphson迭代法,每次迭代时都用得到的位移增量修正节点坐标及刚度矩阵和等效荷载向量,各迭代步的位移之和为该荷载步的位移总值,将各荷载步的位移相加就得到结构的总的位移,同时可以得到相应的内力。程序的可靠性通过简单但具有代表性的模型来验证。在未修改受压单元本构矩阵时,判断模型的受压区域,得到平面应力问题的解,和ANSYS结果对比较好。在考虑膜材不抗压时,参照张力场理论,改进褶皱区域单元的本构关系矩阵,进而修改单元刚度矩阵,计算模型的褶皱区域。程序计算平面矩形膜材弯曲模型的褶皱区域变化趋势,对比经典算例的理论解,并给出空间索膜结构发生褶皱区域的分析结果,验证了程序的可靠性。结合屈曲理论和临界压缩应力理论,初步给出主应力表示的褶皱区域的波长以及幅值的解析式,为下一步分析褶皱宏单元本构关系矩阵做理论准备。尝试用有限元软件ABAQUS模拟膜结构的褶皱,介绍特征值屈曲和非线性屈曲的相关概念,阐述了矩形平面膜结构在剪切位移作用下产生褶皱的详细过程,并且与波长、幅值的理论解进行对比。有限元软件模拟过程耗时大,而且不同的边界条件导致结果差异很大,并且有时伴随着不收敛。因此提出应该建立包含褶皱单元特性的宏单元,作为进一步研究褶皱宏单元的理论基础,并成为未来的研究方向。