形状记忆聚合物及其复合材料是通过外部激励而产生主动变形的一种新型智能材料,具有形状记忆、主动可控大变形、变刚度等特性,可被设计制作为集驱动与承载于一体的部件,这类部件结构简单、可靠,在空间可展开结构方面具有极大的应用前景,有望部分替代复杂机械机构。本文针对环氧形状记忆聚合物及其纤维增强复合材料的力学行为进行了一系列研究工作,表征了材料的热力学性能,建立了形状记忆聚合物的本构模型、纤维增强形状记忆聚合物复合材料的弹性常数预测模型,研制了一种太阳光激励展开的形状记忆聚合物复合材料基板。首先,由于现有热固性形状记忆聚合物及其复合材料的形状记忆行为表征实验多为小变形且未涉及限制应力回复情况,因此本文对具有不同预拉伸应变的环氧形状记忆聚合物,及具有不同纤维含量的单向碳纤维增强环氧形状记忆聚合物复合材料进行了自由回复、限制变形回复和限制应力回复三种形状记忆行为表征实验,获得了材料在各个阶段的温度-应力-应变数据。材料在自由回复过程中,回复率-温度曲线呈双曲正切形式;限制变形回复过程中,最大回复应力与预变形量及纤维含量成正比;限制应力回复过程中,最大回复率与外加限制力/最大回复力比值呈线性相关。此外,采用动态力学分析仪得到了环氧形状记忆聚合物的玻璃化转变温度、储能模量及热膨胀系数。通过三点弯曲实验表征了单向碳纤维增强环氧形状记忆聚合物复合材料在不同温度下的弯曲模量与强度,获得模量与强度对温度及纤维含量的依赖关系。同时,对单向碳纤维增强环氧形状记忆聚合物复合材料进行了在393 K温度下的循环加载卸载实验,实验结果表明复合材料损耗因子和刚度损耗值在前三个循环迅速减小。以上热力学表征实验为后续理论建模提供了必要的材料参数。其次,现有形状记忆聚合物本构模型只关注自由回复和限制变形回复,但在实际应用中材料多承受外加载荷,目前缺少对限制应力回复的研究。本文提出一种基于相变及粘弹性理论的形状记忆聚合物本构模型。认为形状记忆聚合物由橡胶相与玻璃相组成,玻璃相体积份数可由基于正态分布函数的经验方程描述。构建了集合热变形梯度与力变形梯度的运动学框架,推导了冷却及不同加热回复过程（自由回复、限制变形回复和限制应力回复）中的变形梯度演化方程。采用Zener三元件模型建立了橡胶相的粘弹性本构方程,采用虎克定律建立了玻璃相的普弹性本构方程,通过对单轴拉伸实验数据进行数值拟合,证实了各相本构方程的正确性。进一步,对本构模型进行一维简化,通过与环氧形状记忆聚合物形状记忆行为表征实验结果对比,验证了本构模型的正确性。该模型从理论层面解释了形状记忆聚合物在不同形状记忆行为表征实验中的热力学响应。再次,由于航天器在轨运行期间往复移入和移出地球阴影,其上多数部件需经历周期性的温度变化,且由于形状记忆聚合物对温度敏感,故有必要研究温度对形状记忆聚合物复合材料弹性常数的影响。本文建立了纤维增强形状记忆聚合物复合材料弹性常数预测模型。认为基体中橡胶相与玻璃相之间随温度的相变转化决定了复合材料弹性常数的温度相关性。提出两种玻璃相体积份数方程,一种基于Eyring公式,另一种基于正态分布函数。通过修正的复合材料混合定律及玻璃相体积份数方程得到材料的纵向模量E11、横向模量E22、轴向剪切模量G12、轴向泊松比n11、横向剪切模量G23的解析表达式。进而得到各弹性常数随温度及纤维含量的变化规律,模量E11、E22、G11和G23随温度升高而降低,且相同温度下,模量值随纤维含量的增高而增高;轴向泊松比v12随温度升高而增加,且相同温度下,基体比例越高,泊松比越大。采用逆辨识方法,对比了不同温度下碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料层合板的数值和实验模态分析结果,验证预测模型的合理性。该模型可仅提供基体和纤维参数便能确定不同纤维含量复合材料在不同温度下的弹性常数。最后,完成了一种太阳光激励展开的碳纤维增强环氧形状记忆聚合物复合材料基板（代号Mission SMS-I）的设计、研制、地面及地球同步轨道实验验证。该形状记忆聚合物复合材料基板一旦温度达到或超过材料的玻璃化转变温度,便可以从“Ω”型收拢状态回复到“-”型展开状态,集常规基板、支撑和部署功能为一体,可不需航天器供能,仅太阳光辐照便可展开部署。测试了碳纤维增强环氧形状记忆聚合物复合材料的弯曲变形及力学性能,确定了基板所用材料为纤维含量43 vol.%的碳纤维增强环氧形状记忆聚合物复合材料,且弯曲半径为10 mm。简要介绍了Mission SMS-I结构的设计及制造过程。完成了正弦振动、随机振动、冲击实验、真空热循环实验及地面展开实验,确认该结构可承受发射过程中的力学环境和空间的热环境,并且可被光照激励展开。最终,完成了形状记忆聚合物复合材料基板的在轨验证,基板成功被太阳光激励展开部署且具有良好的长期抗辐射能力,初步证明形状记忆聚合物复合材料的空间适用性。