铁电材料是一类具有强力-电耦合特性的功能材料,其作为核心元器件在微电子电工、高精度传感器、换能器、储能装置等高新机电设备领域具有广泛而重要的应用。目前,人们对于铁电材料的力-电宏观行为,以及单一场下的微结构特征、细观畴变等问题已有较多研究。伴随着越来越多的铁电材料智能器件服役于极端多场环境,复杂外场诱发的材料内部微结构的演化——畴变和相变过程,直接影响到该类功能材料的电学、力学性能以及力-电耦合行为。对于力学诱导的,特别是局部机械载荷（如纳米压头）作用下的非均匀力场所诱发的,铁电材料内部的电畴微结构演化,以及不同铁电相间的转变机理等目前尚缺乏深入研究和相互作用机制的揭示。围绕这些基础科学问题,本文针对常规铁电薄膜材料局部载荷作用和含裂纹缺陷情形下的电畴结构演化、力-电耦合响应与调控,以及弛豫铁电单晶材料在压痕等非均匀外场作用下的相变特征与演化等,开展了较为系统的相场数值研究。首先,针对局部机械载荷下的Pb Ti O3铁电薄膜结构力-电耦合行为与电畴微结构演化,建立了考虑表面力学效应和挠曲电效应的力致电畴翻转的相场模型,并实现了力-电耦合的有限元定量模拟。获得了铁电薄膜表面弹性和残余应力对电畴翻转的影响特征,揭示了表面效应导致的铁电薄膜力致电畴翻转尺寸依赖性的物理机制等。研究结果表明:铁电薄膜内部电畴发生180o翻转,且在加载区表面诱发出离散分布的180o亚微结构电畴,其与加载区域表面处的非均匀形变密切关联;其次,铁电薄膜内部的力致电畴翻转表现出显著的几何尺寸依赖性,当薄膜的厚度或局部载荷的宽度低于某一临界值,180o电畴翻转则无法实现。其次,铁电材料内部存在各类缺陷,如材料制备或使用中产生的微裂纹,这将显著影响铁电材料的力学特性和力-电耦合性能。针对该类典型问题,建立了考虑挠曲电效应及裂纹扩展的铁电材料力-电耦合断裂相场模型,数值研究了Ba Ti O3铁电单晶裂纹尖端应力集中区域的电畴翻转,裂纹扩展以及裂尖处的极化特征等。结果表明:裂纹尖端附近出现极化90o畴的翻转现象,形成翼形孪生畴结构的分布特征;挠曲电效应越强,电畴翻转的区域越小、极化强度越大;挠曲电效应也显著影响着裂纹扩展过程,当初始极化方向与裂纹扩展方向相同时,随挠曲电因子的增加裂纹扩展长度减缓,表现出抑制裂纹扩展的作用,而当二者方向相反时,则表现为促进裂纹扩展的趋势。进一步,通过沿裂纹扩展方向的应力分布、应力集中和演化特征,分析了挠曲电效应对裂纹扩展的影响机制。已有实验观测表明,铁电材料在外场作用下不仅会发生同一铁电相内的畴变,也可能诱发不同铁电相之间的转变。针对弛豫铁电单晶的相变问题,特别是在力学诱导的、加/卸过程中的相变路径及相变机制问题,通过选取二维菱方坐标系的微观表征体系,建立了不同铁电相间相互转换的力-电耦合相场模型。进一步建立有限元模型,数值研究了PMN-0.3PT单晶在机械加/卸载过程中的电畴微结构演化和相变行为。结果表明:材料的相变演化表现出机械加载的各向异性特征,在晶体[110]方向的加/卸载诱发了菱方相（R）?四方相（T）的不可逆相变,在[001]方向进行加/卸载则诱发了菱方相（R）?正交相（O）的可逆相变。进一步,定量获得了力-电相互作用下的应力-应变曲线、电场-极化滞回曲线、电场-应变曲线等完整特征,揭示出不同晶体方向上的能量势垒决定了其力-电响应特征,能量势垒不同方向上的差异性是造成可逆/不可逆相变的内在原因。最后,对于弛豫铁电材料纳米压头作用下的非均匀局部载荷情形,建立了表征力学诱导电畴翻转和相变演化的相场模型,系统研究了PMN-0.3PT单晶在压头加载过程中的力学和相变行为,获得了载荷-位移曲线,并首次模拟给出了pop-in现象与铁电相变的关联性。结果表明:局部R相到T相的相变是载荷-位移曲线中出现pop-in现象的根本原因,由此解释了基于机械压痕的pop-in现象实现铁电材料的相变表征的实验观测结果;不同压头（如锥形、球形、圆柱形）均会诱发铁电材料的相变,且压头几何形状对材料相变存在显著影响,几何尺寸增大使得压头下方的应力集中减小,相变的临界载荷增加。此外,外部电场作用也会对压头诱发的相变特征和力学响应产生影响,电场不同施加方向对压头诱发的相变表现出促进或者抑制作用,即不同场的组合可实现一定程度的相变调控。本文围绕非均匀力场诱导的铁电畴变和相变的尝试性探索,可望为复杂外场驱动下铁电材料的力-电耦合机理揭示、宏观力-电响应调控和行为预测提供一定的基础和理论指导。