一直以来，研究人员多致力于在工程领域广泛应用的硬材料研究。然而，自然界中动、植物等生物体的主要结构大多属于软材料。与传统的金属、陶瓷等硬材料相比，电活性介电弹性体属于典型的软材料。美国斯坦福研究院从90年代开始研究，它在外加电场下，可以产生大变形，具有高弹性能密度、超短反应时间和轻质量等优点，被广泛应用于驱动器、仿生手臂、面部表情、机器昆虫、浮空飞艇舵、能量收集器和盲文显示器等各个方面，在人工肌肉、智能仿生、航空航天、机械等领域具有巨大的应用潜力。本文研究电活性介电弹性体软材料的力学和稳定性行为。构建介电弹性体热力学理论框架，建立不同类型的介电弹性体在力—电物理场(或力—电—热物理场)耦合作用下的自由能方程，推导本构方程，并基于此分析介电弹性体的机电稳定性(热机电稳定性)和突跳稳定性。考虑介电弹性体拉力消失、拉伸破裂、电荷消失、电击穿和机电不稳定等典型失效情况的力学模型，描绘介电弹性体的许用区域，计算能量收集器的能量密度。制造堆栈形能量收集器并进行初步性能测试。计算介电弹性体和电热材料施加电压后产生温度变化和熵变化，预测高极性流体电介质可能具有大电热效应。描绘电热材料作为制冷器经历的类卡诺热力学循环，研究制冷器的制冷能力。首先，研究理想及经历大变形情况下的介电弹性体的本构关系和机电稳定性。建立介电弹性体热力学理论框架，推导理想介电弹性体的本构关系。应用Mooney-Rivlin弹性能进行理想介电弹性体的机电稳定性分析，引入材料常数比获得评价不同介电弹性体材料或结构机电稳定性的临界名义电场，得到材料常数比越大的材料或结构的机电稳定性越稳定。并把这种方法推广到应用多个材料常数弹性能的理想介电弹性体机电稳定性分析中。描绘Mooney-Rivlin型理想介电弹性体在等双轴和非等双轴情况下的许用区域，计算理想介电弹性体能量收集器在一个工作循环内产生的能量。制造堆栈形介电弹性体能量收集器及波浪振动发电模拟装置，进行能量收集装置性能的初步测试。基于介电弹性体的介电常数实验数据，提出介电常数随着拉伸率非线性变化的表达式。从数值分析和解析表达两个角度讨论介电弹性体的机电稳定性，得到名义应力、真实应力、临界名义电场、临界真实电场和临界拉伸率等介电弹性体机电稳定性的性能参数解析表达式。获得这些解析参数在等双轴拉伸情况下的简化形式。数值结果、解析结果和实验数据吻合的很好。然后，进行介电弹性体复合材料的本构理论和机电稳定性研究。根据介电常数的实验数据和复合材料理论中关于构建弹性模量上下限表达式方法的启发，分别提出两种依赖颗粒含量和电致伸缩变形的介电弹性体复合材料的介电常数表达式，在此基础上建立系统电场能量密度函数，耦合多个材料常数的Knowles弹性应变能函数构建热力学系统的自由能函数，推导本构方程，分析介电弹性体复合材料热力学系统的机电稳定性，探讨颗粒含量和电致伸缩变形对机电稳定性的影响。进行硅橡胶介电弹性体复合材料的电致伸缩变形实验，验证数值计算得到的结论。结论对指导介电弹性体复合材料的设计和制备有较大帮助。另外，分析热介电弹性体和电热材料的热力学性能。提出介电常数依赖于温度和拉伸率的表达式。基于自由能与内能和熵的关系，推导热贡献的表达式。应用热贡献描述温度对介电弹性体热机电耦合系统影响。建立介电弹性体热力学系统的自由能方程，推导本构方程。研究介电弹性体经历变化的温度和电场情况下的热力学性能，分析介电弹性体在等双轴和非等双轴情况下的热机电稳定性，描绘等双轴和非等双轴情况下介电弹性体正常工作的许用区域。计算电场变化时引起的介电弹性体和电热材料温度变化和熵变化(或外界做功)。描述电热材料作为制冷器经历的类卡诺热力学循环，计算电热材料制冷器的制冷能力参数。数值结果可以指导介电弹性体和电热材料变温应用器件的设计和制造。最后，探讨经历极化饱和的介电弹性体的本构关系和稳定性。当介电弹性体施加电压时，柔性电极表面将产生电荷。随着电压的增加电荷增加；当电压增加到一定值时，电荷将不在增加，达到饱和状态，这一过程称为介电弹性体的极化饱和。本章提出了耦合非线性介电行为和超弹性行为的经历极化饱和的介电弹性体热力学模型，获得分别考虑线性介电行为和非线性介电行为时的Maxwell应力，预示经历极化饱和的介电弹性体可能产生超大变形。研究介电弹性体经历极化饱和情况下的机电稳定性和突跳稳定性，并分析应变硬化对弹性体电致变形的影响。证明机电稳定性和突跳稳定性是明显的受到聚合物拉伸极限和偶极子的极化饱和影响。同时也暗示介电弹性体避免电击穿和机电不稳定时，而且经历突跳稳定性的情况下能够产生超大电致变形。