随着高新科学技术的不断发展，拓展材料服役条件的要求越来越强烈，高强钢、高温合金、金属玻璃等材料在不同温度下的应用越来越广泛，例如航空发动机、微纳机电系统、工业燃气轮机、深空探测、核反应堆等领域，工程设计对相应材料力学性能的要求也越来越高。在实际工程应用中一般要求金属材料在其弹性阶段内安全工作，因而屈服强度成为工程设计上最为重要的力学性能指标之一。研究表明在高温下金属材料具有明显不同于常温下的力学性能，且在表面应力影响下纳米材料具有不同于块体材料的塑性变形和破坏模式，这就使得对金属材料的温度相关性及尺寸相关性屈服强度的研究成为当前高新科技最活跃的领域之一。本文针对钢材、高温合金、金属玻璃等金属材料开展了温度相关性屈服强度理论表征方法研究，并对金属纳米材料开展了尺寸相关性杨氏模量、屈服强度、熔点及德拜温度等物理性能的理论表征方法研究，主要研究工作如下：
　　①基于重庆大学李卫国教授提出的可定量考虑温度对材料力学性能影响的思想——力热能量密度等效原理，在Mises屈服准则的基础上，考虑材料内储存的热能对屈服的贡献，通过建立热能与弹性形变能量之间的定量等效关系，提出了金属材料温度相关性屈服准则，建立了无任何拟合参数的金属材料温度相关性屈服强度模型。此外，针对某些热容难以获取的合金材料，从晶格震动的动能和势能角度出发，考虑形变能与两者的等效关系，建立了一个不含比热容的无拟合参数的温度相关性屈服强度模型。在上述屈服强度模型基础上，建立了相应的无拟合参数的温度相关性屈服强度折减系数模型。进一步在温度相关性屈服强度模型基础上，分别结合Orowan绕过强化理论模型与考虑应变率效应的Cowper-Symonds模型，建立了相应的考虑沉淀强化机制及考虑应变率效应的温度相关性屈服强度理论表征模型。
　　②针对块体金属玻璃材料，通过研究其宏观屈服及破坏行为与其独特的原子结构的内在关联，从能量角度出发，提出了一种适用于所有应力状态的金属玻璃屈服强度准则，该准则能很好地表征金属玻璃屈服行为的拉压异性。基于力热能量密度等效原理，提出了金属玻璃材料剪切转变区失稳的临界屈服能量密度准则，建立了不含任何拟合参数的金属玻璃材料温度相关性弹性模量理论表征模型，并得到了实验结果的很好验证。在上述强度准则基础上，结合金属玻璃温度相关性弹性模量理论表征模型，进一步建立了金属玻璃材料的温度相关压缩屈服强度模型，并合理解释了金属玻璃材料拉伸断裂角的温度相关性。
　　③针对纳米金属材料，将力热能量密度等效原理进行了拓展应用，通过将材料表面应力与内部应力等效的方法，建立了金属纳米材料尺寸相关性杨氏模量理论表征模型。进一步考虑泊松效应引起的材料表面积变化，建立了金属纳米材料尺寸相关性屈服强度理论表征模型，并得到了分子动力学模拟结果的验证。在该力热能量密度等效原理基础上，通过建立表面能与内部晶格能量间的等效关系，提出了尺寸相关性的临界熔化能量密度准则，构建了一个不含任何拟合参数的尺寸及形状相关性熔点理论表征模型，建立了纳米材料形状、尺寸、原子直径、相应块体材料的熔点与纳米材料熔点之间的定量关系。最后将该尺寸及形状相关性熔点模型成功拓展应用于金属纳米材料的德拜温度、熔化熵、熔化焓以及聚合物材料的玻璃转变温度等物理量的尺寸相关性理论表征。