先进热结构材料是指可以在高温、化学腐蚀等极端环境下,承受复杂应力载荷并长时间服役的特种材料。由于在高温环境下优异的物理化学性能,它们在航空航天等国防经济重点领域被广泛应用。本文聚焦于先进热结构材料的高温氧化行为以及热-力-氧耦合失效机制。主要进行了以下研究:（1）在小变形框架下,建立了相场氧化模型描述向内扩散主导的氧化行为。氧化扩散过程由时间依赖的Cahn-Hilliard方程描述,材料变形由理想弹塑性本构和Norton幂律蠕变关系描述。基于标准的Galerkin格式和Newton-Raphson迭代方法,实现了该问题的有限元计算程序。然后,以金属锆氧化为对象,研究了初始粗糙表面和孔洞缺陷对氧化过程中力学行为的影响,讨论了保护性氧化层的力学失效机理,并与相关的实验观测进行了比较。（2）在有限变形框架下,建立了考虑质量扩散、氧化反应、粘弹性有限变形以及相互间耦合作用的连续介质模型。基于热力学约束条件,导出了相应的本构方程。采用剪应力依赖的Eyring粘性模型描述了高温环境下的变形行为。通过在扩散系数中引入物相依赖的惩罚因子,实现了尖锐物相界面的自动标记和追踪。随后,以SiC纤维为研究对象,深入分析了氧化过程中表面裂纹的形成机理。（3）基于热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）观测和X射线断层扫描（CT）技术,研究了改性C/C和C/SiC复合材料的高温氧化行为。在此基础上,建立了损伤诱导的短路扩散模型。对于陶瓷基体,采用弹性损伤本构描述其内部微裂纹的起始和演化过程。并基于对真实物理过程的简化假设,将O₂分子的扩散系数定义为材料损伤因子的线性函数。对于增强相材料,考虑了其氧化反应,并建立了氧化程度依赖的各向异性本构模型。最后,对三个典型尺度下的C/SiC复合材料耦合失效行为进行了计算分析。（4）采用三点弯断裂韧性实验标准,测试了不同氧化温度、不同氧化时间的二维编织C/SiC复合材料断裂韧性值。基于SEM断面观测与载荷位移曲线汇总分析,指出氧化失重是影响断裂韧性变化的关键指标。并建立了断裂韧性随氧化失重变化的线性经验公式。可为其服役过程中的可靠性评价提供指标。