聚合物基底薄膜结构被广泛应用于电子元件、生物医学等领域。然而,在对基底进行镀膜时,往往会因薄膜和基底之间的热膨胀系数差异、晶格失配以及薄膜生长过程中的环境变化等因素,在试件中产生残余应力。这种自平衡的残余应力会通过改变膜基结构的力学性能,影响构件在服役过程中的裂纹萌生和演化过程,从而对其使用寿命以及耐用性产生很大的影响。本文围绕此问题展开了三方面的研究:第一,建立了考虑残余应力的单层膜基结构二维弹性模型,以研究膜基结构中残余应力对断裂损伤行为的影响。通过膜基之间应变差的方式,在理论模型中加入残余应力的考虑,给出了单层膜基结构在拉伸载荷下完整的应力分布。从强度准则、能量准则出发对薄膜中裂纹的产生进行理论分析,为研究薄膜中裂纹的萌生和演化提供理论基础。第二,基于预加载实验和变厚度薄膜的单轴拉伸实验两种实验手段,分析了残余应力对膜基结构裂纹萌生的影响。使用在镀膜前对基底进行预拉伸的方式,对基底施加四种不同大小的预应变,分别为0.00%、0.88%、1.38%、3.12%。接着进行单轴拉伸实验,观察裂纹萌生的过程。实验结果表明较大的残余压应力会延迟裂纹的产生。同时,使用产生初始裂纹时基底中所施加的应变值估算了不同厚度薄膜中的残余应力大小,综合实验和理论的研究发现,镀膜过程中产生的残余应力均为压应力,且随着薄膜厚度的增加,残余压应力的值逐渐减小。其中对应于35 nm、100 nm、200 nm、400 nm厚的薄膜,得到的残余应力估计值分别为-1733.486 MPa、-1204.141 MPa、-889.371 MPa、-304.965 MPa。第三,通过裂纹扩展过程中裂纹间距的变化对残余应力的估计值进行验证,研究了残余应力影响下膜基结构的裂纹演化和饱和规律。结合实验中对于裂纹饱和现象的观察,使用临界最大正应力、临界能量释放率、临界界面切应力三种方法解释裂纹饱和。结合理论研究结果得到了前两种方法的残余应力估计值,发现该结果与使用初始裂纹估算的残余应力结果吻合性较好。通过以上研究,本文全面阐述了残余应力对膜基结构中裂纹的萌生状态、填充扩展的演化过程以及裂纹饱和的影响,为软基薄膜结构中的残余应力研究和断裂损伤研究提供一定参考。