薄膜结构是一种新型结构形式,近年来在建筑、航空和航天等工程领域受到广泛关注。这些膜结构在工作过程中通常伴随着显著的褶皱和大变形等非线性效应,对薄膜力学响应的有效预测对于保证结构的安全性和稳定性至关重要。本文建立了一种基于离散元(DEM)的数值模拟方法,能够模拟薄膜材料与结构的力学行为。通过在颗粒元之间引入远程相互作用力,对传统离散元法进行了拓展。在开源离散元软件YADE中开发了DEM基本单元,用于模拟薄膜材料拉伸力学性能、褶皱效应以及薄膜结构动力学行为。首先,建立了能考虑纱线编织细观结构和膜材宏观力学性能的多尺度DEM模型,研究了涂层织物膜材的拉伸力学性能。对双轴拉伸和偏轴拉伸的平纹织物力学响应进行了模拟;开展了G类膜材FGT-800经向、纬向和45°单轴拉伸试验;建立了膜材FGT-800偏轴拉伸DEM模型,并通过试验结果验证了模型的有效性。其次,开发了考虑薄膜褶皱效应的DEM单元,研究了褶皱效应对膜面整体力学行为的影响。建立了受剪矩形膜材DEM模型,预测了膜材的剪力-位移曲线和应力分布情况,与基于有限元的模拟结果进行了对比和验证。最后,建立了大型薄膜结构DEM模型,预测了太阳帆膜面结构自旋展开动力学行为。分别对正方形和正六边形的太阳帆自旋展开过程进行了模拟,考虑了膜面展开过程中产生的褶皱以及大变形等非线性效应的影响,与文献中的试验和仿真结果进行对比,吻合良好。基于DEM的薄膜材料与结构模型概念新颖、计算精度和效率高。本文工作扩展了DEM的应用领域,为薄膜材料与结构的力学行为分析提供了新途径。