充气膜结构作为一种新型空间结构体系,可应用于建筑领域,包括气承式膜结构和气囊式膜结构,同时也可应用于航空航天领域,如飞艇、再入减速器等。本文初步介绍超长航时气球的结构设计与模拟分析,然后以中微子探测器球形液袋为对象,进行球形充气膜结构设计及分析,最后针对液袋备选材料FEP薄膜、织物膜材Uretek3216LV膜材进行单轴拉伸力学性能试验研究。首先,介绍了超长航时气球结构设计,包括泰勒曲线理论推导、二维裁片尺寸设计,并针对两种气球结构考虑不同内压和重力共同作用下采用有限元软件ABAQUS模拟分析其变形与受力情况。其次,针对液袋方案设计特点,采用ABAQUS模拟分析了缝隙处膜材的受力和变形情况;采用球面等面积展开法设计缩比液袋裁片,给出裁片边界理论计算式,利用液袋的对称性选取半幅宽裁片进行分析;考虑裁切效应,用ABAQUS建立半幅宽裁片模型,模拟液袋在内压和重力作用下变形和受力情况,重点分析裁片中心线与理想球面裁片中心线之间变形和受力差异。分析结果对实际试验有重要参考价值。再次,对150μm厚FEP薄膜沿膜材纵向、横向裁取的试样进行四种拉伸速度的单轴拉伸试验,得到相应的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率,并给出以应变速率为变量的线性拟合公式;进行三种拉伸应力的循环拉伸试验,得到每循环割线模量及残余应变;进行三种应力水平下的徐变试验,分析徐变发展趋势。试验结果对FEP薄膜工程设计应用具有参考价值。最后,以织物膜材Uretek3216LV为试验对象研究其单轴力学性能,包括在单轴拉伸试验中对比分析两种测试条件下经、纬向试件强度差异;在循环拉伸试验中得到其弹性模量,并运用VIC-2D测量系统得到其泊松比;在单轴拉伸撕裂试验中得到其撕裂强度与切缝长度、切缝角度、拉伸速度及纱线倾角的关系。