上世纪九十年代末期,一类特殊的软机敏材料即电活性聚合物引起了学术界及工业界的广泛关注,该类高分子聚合物在电场作用下具有大应变、响应快、能效高等诸多优异的力学性能,可被加工成作动器、传感器及能量采集器,其核心部分是一层在上下表面附着有柔顺电极的聚合物薄膜,受电场作用时,薄膜将减小厚度而扩大面积,从而实现电能和机械能的相互转换。由于电活性聚合物薄膜在电场作用下的变形属非线性大变形,同时薄膜在力电荷载共同作用下存在多种失效模式,因此对其力电响应进行描述充满了挑战性。本文的研究内容如下：1.基于非线性弹性大变形理论建立了圆环形薄膜在外力作用下的力学模型,研究了一圆环状弹性薄膜的轴对称面外大变形。在未发生变形的参考构形下,平直的圆环状的薄膜的内边界连接一个圆盘,将薄膜的外边界固定在刚性的圆环上。当圆盘上作用一个竖直向下的外力时,薄膜经历面外大变形后形成轴对称的形状。结合状态平衡和热力学,推导得到了描述薄膜经历面外大变形的控制方程。采用了打靶法对控制方程进行求解,得到了薄膜在经历面外大变形时,薄膜内应力场和应变场的分布规律,可以看出薄膜的变形是非常不均匀的,这意味着薄膜在工作时材料的利用率较低,造成了材料的浪费。同时,本章的研究成果从基本理论和计算方法为本文后续的研究工作做了必要的铺垫。2.以电活性聚合物作动器的基本结构建立的力学模型为基础探讨了电活性聚合物薄膜在力电荷载共同作用下的面外非线性轴对称大变形。利用非线性弹性大变形理论并结合热力学的基本理论,推导得到了圆环形薄膜在受力电载荷作用时产生面外大变形的控制方程,采用打靶法对控制方程进行了数值求解,得到了电活性聚合物薄膜受到力电荷载共同作用时,薄膜内的应力场、应变场和电场的分布规律,结果表明,圆环形薄膜的变形是非常不均匀的,在靠近圆环中心处的薄膜变形较大,而靠近圆环边缘处的薄膜变形较小,导致薄膜中的电场从外向内逐渐变大,从而使得靠近圆环中心处的薄膜处于电击穿的边缘,可能导致的结果是大部分薄膜还可正常工作的时候,处在场强高的某点处的薄膜已经失效。变形场的非均匀性导致薄膜内的大部分材料并没有被有效地利用,造成了材料的浪费。3.以电活性聚合物作动器简化后的模型为基础,利用热力学基本原理推导得到了系统的控制方程,探讨了作动器在工作中可能存在的失效模式,并给出了各种失效模式的判断准则。本章利用这些准则在给定的条件下,得到了施加在作动器上外力F和电压Φ的有效工作区间。另外,计算结果在作动器工作前对薄膜进行预拉伸,这样可以明显的减小变形后薄膜内电场的不均匀分布的程度,如果作动器的设计参数选择适当,可以达到电场在薄膜中呈现均匀分布的状态,大大提高了材料的利用率。本文的研究结果对弹性聚合物的基本研究方法及商业化产品的优化设计具有实际的借鉴与指导意义。