平流层飞艇是一种轻于空气的,具有动力推进装置的,可操控飞行的浮空器。平流层飞艇具有滞空时间长、探测范围广、可定点悬停监控和经济性好等优点。在军事侦查、高速通信、海洋观测、气象预报和导弹预警等领域有着广阔的应用空间。近年来,研发平流层飞艇已经成为我国的战略需求之一。其中飞艇的蒙皮是其承受内外压差和储存气体的主要结构,对于实现飞艇的轻量化、保证结构安全有举足轻重的作用。但是在临近空间大气温度、压力、和太阳辐射等多种不利因素作用下,飞艇的蒙皮材料很容易产生微小裂纹,进而裂纹扩展可能导致平流层飞艇整体结构破坏。目前,对于飞艇蒙皮材料撕裂行为的研究是国内外的热点课题。本文将以某国产新型蒙皮材料为研究对象,对材料的拉伸及撕裂性能进行试验分析、仿真模拟以及分析方法研究。首先,通过对某国产新型蒙皮材料进行单轴拉伸试验,测得该型蒙皮材料弹性模量和泊松比等基本力学参数;考虑飞艇蒙皮材料受力特性,建立单轴撕裂试验流程,对蒙皮材料进行单轴侧边撕裂试验以及单轴中心撕裂试验。评估了不同切缝尺寸对于蒙皮材料剩余强度的影响;对比等效切缝尺寸一定的情况下,不同切口形状对材料剩余强度的影响;切口尺寸一定情况下,对试件宽度对材料剩余强度的影响进行了探讨。为模拟飞艇蒙皮材料在实际工作中的撕裂性能,运用自制的折痕制造装置,借用光学显微镜拍摄到材料损伤前后表面形态变化的照片,进行折痕以及磨损后产生微小孔洞的中心撕裂试验,通过试验获取了各种试件的临界撕裂强度,为该型蒙皮材料撕裂性能的进一步研究提供基础。然后,建立扩展有限元法模型对不同切缝长度和试件宽度的膜材试件切缝扩展进行模拟,验证扩展有限元仿真的有效性。研究切缝尖端的应力分布以及沿切缝扩展路径上的应力分布。研究切缝扩展前和切缝扩展瞬间,不同切缝长度的试件在扩展路径上应力分布规律。通过数值模拟结果与试验结果的对比,验证了模拟的准确性,分析了误差存在的主要原因。最后,整理了现有主要几种撕裂分析方法:应力强度因子分析方法、Thiele经验方法和前川指数应力场分析方法。借用数值模拟手段,求解了在多种荷载工况和不同切缝尺寸试件的应力强度因子变化规律,并且与分析方法结果进行对比。基于前川指数应力场及其修正分析方法,对比数值模拟和分析方法计算得到的应力分布规律。引入应力集中系数,讨论不同应力集中系数下,不同尺寸的该型号飞艇蒙皮材料的容许切缝长度。