形状记忆聚合物(Shape Memory Polymers,SMPs)作为智能材料(Smart Materials)领域的新型代表之一,具有驱动方式多样(热、光、磁、电、水、溶液),变形能力强(400%以上),回复率高(100%),易于加工成型等优点,逐渐成为学术界研究的热点之一。相比于常规聚合物材料,形状记忆聚合物因其独特的形状记忆特性将有望极大推动智能结构的发展,同时在纺织、医学、航空、航天、微电子等领域具有较为广阔的应用前景。本文主要针对以环氧基(Epoxy)、苯乙烯基(Styrene)为代表的形状记忆聚合物及其复合材料的力学行为进行了一系列研究及表征工作,测定了上述材料的基本力学性能,分析了不同加载条件对材料力学行为的影响;提出了能够合理解释形状记忆效应的新型相变模型,基于经典粘弹性及相变理论,给出了精确表征形状记忆聚合物及其复合材料的力学性能、形状回复行为的三维本构方程,并通过与试验结果的对比,验证了新建模型的合理性与精确性。首先,开展了针对环氧基、苯乙烯基形状记忆聚合物的动、静态力学性能测试实验。通过动态热机械分析实验,测定了形状记忆聚合物相变温度,得到了储能模量随温度的变化规律;利用电子万能试验机,开展了环氧基、苯乙烯基形状记忆聚合物的高、低温拉断试验,研究了不同加载条件(温度、应变速率)对材料力学行为的影响;通过恒应力升温加载实验,研究了载荷对形状记忆聚合物相变温度的影响,给出了苯乙烯基形状记忆聚合物相变温度随载荷变化方程,为后续本构模型的建立提供了实验基础;考虑到形状记忆聚合物的实际使用需求,本文还开展了针对苯乙烯基形状记忆聚合物的低周疲劳实验,分析了材料在低周疲劳载荷条件下的力学响应。其次,基于形状记忆聚合物相变理论模型,合理解释了形状记忆聚合物的形状记忆特性;给出了用以描述变温过程中材料内部各相间体积分数随温度变化的正态分布模型;与现有模型相比,本文提出的模型结构形式简单,且相关参数均具有明确的物理意义。第三,建立了能够表征形状记忆聚合物粘弹性力学行为及形状记忆特性的三维本构模型。新建模型中,形状记忆聚合物材料整体应变被分为:冻结态应变,活跃态应变,储存应变及热膨胀应变,给出了高温加载、形状固定、升温回复各个阶段材料的应力应变关系;重点讨论了储存应变在形状固定及升温回复阶段随温度的变化规律,而冻结态应变、活跃态应变则通过粘弹性理论分别给出。通过与实验结果的对比,验证了三维本构模型在表征形状记忆聚合物恒温加载、恒应变降温(形状固定)以及高温回复阶段力学行为的精确性。第四,给出了不同载荷条件下的形状记忆聚合物的三维本构方程。基于本文试验结果,载荷对形状记忆聚合物的相变温度具有显著影响;通过将应力作为除温度外影响相变温度的又一重要因素,建立了包含温度及应力的形状记忆聚合物相变理论模型,给出了考虑应力影响条件下的冻结态体积分数随温度的变化规律,修正了本文第三章建立的三维本构模型。基于形状记忆聚合物的率相关特性,本文还提出了考虑加载速率影响下形状记忆聚合物三维本构模型,通过与实验结果的对比,验证了模型的准确性。第五,利用缠绕成型加工工艺,制备了具有高纤维体积含量的碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物复合材料层合板及圆管结构,完成了两种复合材料结构的力学及形状回复性能测试。实验结果表明,具有高纤维体积分数的形状记忆聚合物复合材料,具有较高的弹性模量,同时形状回复率受纤维影响较小,依然维持在较高的水平。基于本文建立的形状记忆聚合物三维本构模型及复合材料桥连模型,提出了能够表征形状记忆聚合物复合材料力学及形状记忆特性的三维本构方程。