具有高透光、自洁性和可循环利用等特性的乙烯-四氟乙烯(ethylene-tetra-fluoro-ethylene,ETFE)薄膜是一种轻质透明建筑材料,常与钢结构、铝合金结构等一起形成大跨膜结构,被广泛应用于建筑领域。作为一种高分子材料,ETFE在不同应力及温度作用下体现出不同的力学特性。从目前的研究现状来看,对ETFE力学性能的温度和率相关性研究、不同温度下徐变的研究,以及基于非线性弹塑性特性的平面裁切设计研究尚不充分,需进行进一步的试验和研究。本文以ETFE薄膜和ETFE气枕为研究对象,对ETFE薄膜进行了不同温度下的单轴拉伸和徐变试验,并对ETFE气枕不同温度下的平面裁切成形过程进行了试验和数值模拟。首先,本文对15组250μm厚的ETFE薄膜长条形试件在40℃、60℃、80℃的温度下进行了不同应变速率(1%/min、10%/min、50%/min、100%/min、200%/min)的单轴拉伸试验,采用面积法和几何分析法得到了材料的屈服强度、屈服应变在不同温度下随应变速率的变化规律。试验结果表明,不同温度下ETFE薄膜的屈服强度随应变速率的增大而非线性增大,随温度的升高而降低,且在低速状态下应变速率对屈服强度的影响较大,这对不同温度下的工程分析具有参考价值。其次,基于ETFE膜结构使用地区的最高温度以及材料在不同温度下实际使用的应力水平范围,对12组ETFE薄膜在40℃到80℃下进行了不同温度和不同应力下的徐变试验。对试验数据采用对数拟合,分析了拟合参数随试验条件的变化规律,并得出考虑加载应力和温度的函数关系式,相关系数在0.95左右,可较好地描述ETFE薄膜在不同温度和应力下的徐变性能。该函数关系式对后续分析ETFE薄膜力学性能和长期荷载作用下结构性能有重要作用。试验和分析结果表明,ETFE薄膜的徐变特性随加载应力的升高而非线性增大;40℃以下且应力在6MPa以下时材料的徐变较小且增加缓慢;40℃以上或较高应力状态下,徐变显著。再次,基于修正的时间强化理论模型建立了ETFE在不同温度下的徐变模型,该徐变模型考虑不同温度下徐变应变与应力水平、徐变时间的关系。通过对徐变试验结果的拟合确定不同温度下的材料模型参数。将该模型集成于有限元软件ANSYS中,对不同温度下的24 h徐变试验结果进行数值模拟,结果表明修正的时间强化模型对ETFE徐变的描述具有适用性。最后,基于平面裁切的成形方法,设计并制作了3个相同的矩形ETFE气枕。在室温、40℃、60℃的温度条件下对气枕进行了不同内压水平的平面成形试验,包括充气加压和保持内压24 h两个过程。试验结果表明,在不同温度条件下,保持内压不变的情况下,ETFE薄膜会产生明显的徐变,使气枕膜面变形不断增大,尤其在高温条件下,较小的内压也会产生较大的徐变变形。基于各向同性强化弹塑性模型和修正的时间硬化模型对ETFE气枕的充成形过程进行了数值模拟,得到了不同温度和内压下气枕膜面的应力水平,以及膜面应变、变形分布的基本特征,与试验结果进行对比,验证了模型计算方法的适用性,对高温条件下ETFE气枕的徐变特性研究具有一定的参考意义。