智能材料和结构通过感知外部激励和内部状态,合理地驱动材料和结构做出响应,在传感器、机器人、自动包装设备、航空航天、生物医疗等领域有广泛的应用。作为常见的智能材料,形状记忆聚合物(SMPs)因其具有多激励性、可设计性强、变形范围大等特点,与形状记忆合金和形状记忆陶瓷相比,在能源动力、柔性电子、自愈合材料和生物医疗等领域有更广泛的应用。近年4D打印机技术的发展,进一步拓宽其材料和结构设计空间,其更广阔的工程应用前景吸引了越来越多的科研工作者投入到该领域的研究。当前常用的热敏性形状记忆聚合物(SMP)的形状记忆效应,一般采用直接加热的方式进行驱动,这种驱动方式效率较低且操作不便,严重制约了SMP的深入开发与应用,因此需要发展耦合多激励驱动机制形状记忆聚合物。本文主要针对热力电和热力化耦合驱动形状记忆聚合物复合材料进行研究,建立相应的热力电/化耦合本构模型,以及据此相应的耦合驱动形状记忆模式,具体研究内容如下。第二章主要针对热固聚合物的热力化耦合本构模型和耦合驱动形状记忆特性进行研究。热固性交联聚合物由于其交联网络的牢固性和不可逆性,一旦成型后就不能再变换进行加工变形,在工程应用中受到一定的限制。而水溶性热固性聚合物(MCNP)由于其交联网络的转换特性,在较低的温度和湿度条件下可以变得柔软且保持网络的完整性,在绿色环保等行业中有广泛的应用。本章首先通过一系列实验对MCNP的热力学性能和热化学性能深入理解,获得一系列实验数据;接着,本文开发了一种热-力-化学耦合的粘弹性模型。该模型描述的材料塑性变形主要来源于两方面:(1)水/温度引发BER;(2)水扩散作用引发的“塑化效应”;然后,对实验数据进行标定,验证了模拟结果与实验结果吻合良好,表示该模型较好地描述MNCP的热-力-化三场耦合行为,同时证明了模型能够用于分析考虑环境湿度的MCNP的应力松弛行为和等温拉伸行为;最后,本文讨论了MCNP的热-化学耦合激活形状记忆模式。这是由于实验和模拟结果显示出溶剂(水)激励材料的软化行为,这为材料形状记忆行为提供了新的思路和方法。第三章主要针对柔性电介质热力电耦合本构模型和耦合驱动形状记忆特性进行研究。柔性电介质具有反应迅速、自我修复能力强、环境适应性强和应激反应大等优良的特性,与自然界中“天然肌肉”的性质相近。因此柔性电介质能够很好地模拟生物肌肉行为,在软体机器人、人体辅助装置等领域带来重大突破。本章首先建立了热力电耦合三维粘弹性模型,基于此对柔性电介质(双交联网络电介质弹性体)进行热力电耦合分析。在该本构模型中,综合考虑双交联网络电介质弹性体中电势、温度、应力和弛豫时间等因素。最后,提出了一种在热电耦合作用下的形状记忆模式。结合已发表实验数据对模型中的相关参数进行标定,模拟结果与实验结果吻合良好,表示该模型能够较好地描述IPN-DE热-力-电三场耦合行为。