随着高温结构材料在航空发动机、燃气轮机和超高速飞行器热防护结构等领域中的广泛的应用，其结构可靠性以及服役寿命已经受到人们的广泛关注。在高温结构材料服役或制备过程中，由于材料参数的不匹配，结构内部会出现裂纹之类的缺陷。在裂纹尖端附近，热流场和应力场均表现出奇异性，是导致高温结构材料失效和破坏的主要原因。因此，研究高温结构材料裂纹尖端附近热流和应力奇异性具有极其重要的理论意义和应用前景。
　　本论文首先针对含裂纹均质材料的稳态热流场问题，在裂纹尖端附近定义 JT积分，并从理论上证明JT积分的路径无关性；一方面，基于JT积分的路径无关性，获得了裂纹尖端热流强度因子和 JT积分的关系；另一方面，通过高斯散度定理，将线积分形式的JT积分转化为等效区域积分形式。基于热流强度因子和JT积分的关系及 JT积分的等效区域积分形式，建立用于计算稳态热流强度因子的相互作用积分。为了模拟裂纹尖端附近的热流奇异性，给出了求解含裂纹结构的热传导问题的扩展有限单元法。另外，基于八结点四边形单元，给出了用于模拟热流奇异性的奇异等参元。利用算例对扩展有限单元法和奇异等参元方法进行了比较；并基于数值模拟结果，验证了 JT积分的路径无关性；并一步将利用相互作用积分计算得到的热流强度因子，与文献中的理论值对比，验证了相互作用积分提取热流强度因子的有效性。同时，利用本文提出的方法模拟研究了均质材料中双裂纹之间的干涉。
　　其次，针对含界面裂纹多层结构的热传导问题，考虑界面裂纹面处温度的不连续性、裂尖附近热流的奇异性、界面处材料性能的不连续性，提出求解含界面裂纹热传导问题的扩展有限单元法。阐述了对温度场和位移场同时采用扩展有限元离散，研究含界面裂纹热力耦合问题的方法。在进行热力耦合分析时，首先采用扩展有限单元法进行热传导分析，然后将获得的温度场作为求解位移场的预定义场进行热力耦合分析。通过对比扩展有限元和有限元的数值模拟结果，验证了扩展有限单元法的正确性，并基于扩展有限单元法，研究了含界面裂纹多层结构材料参数失配对热应力强度因子的影响。
　　针对含界面裂纹的多层结构，在界面裂纹尖端附近定义 JT积分，从理论上证明了JT积分的路径无关性，并获得了界面裂纹尖端附近热流强度因子与JT积分的关系，建立了用于计算界面裂纹尖端附近热流强度因子的相互作用积分。利用提出的扩展有限元方法模拟含界面裂纹的热传导问题，利用数值结果验证了界面裂纹尖端附近的 JT积分的路径无关性，以及相互作用积分计算热流强度因子的有效性。进一步采用扩展有限单元法，分别模拟研究了双层结构和多层结构模型中的几何参数和材料参数对界面裂纹热流强度因子的影响。
　　最后，考虑到实际高温结构材料往往承受瞬态热流载荷，针对裂纹尖端附近的瞬态奇异热流，定义瞬态热流强度因子概念。给出瞬态 JT积分并证明其积分的路径无关性。通过引入已知的辅助温度场，建立了用于提取瞬态热流强度因子的相互作用积分，并给出计算瞬态热流强度因子的计算方案。利用数值算例验证了瞬态 JT积分的路径无关性，以及相互作用积分计算瞬态热流强度因子的有效性。模拟研究了多裂纹结构在承受瞬态热流载荷时，裂纹尖端附近瞬态热流强度因子的变化规律。同时考虑了含界面裂纹多层结构和含裂纹均质材料问题。
　　本论文的研究成果为研究高温结构材料的热力耦合问题以及界面裂纹扩展问题奠定了理论基础。