金属和陶瓷材料因其优异的热学、力学性能，在航空航天、能源、电力等工程领域扮演着非常重要的角色。随着科技的进步与发展，金属和陶瓷材料在高温环境下的服役需求愈发强烈，对高温环境下金属材料的硬度及陶瓷材料的抗热冲击性能提出了苛刻的要求，因此合理表征并提高材料在高温下的力学性能是目前高温领域研究的重点。本学位论文研究了纯金属材料硬度的温度相关性硬度理论表征方法，并采用实验和数值模拟相结合的方法研究了陶瓷材料在复杂降温热冲击过程中的抗热冲击性能。主要研究内容如下：
　　1）建立了不同温度下屈服强度与硬度之间的关系，并结合本课题组建立的金属材料温度相关性屈服强度模型，针对纯金属材料建立了温度相关性硬度理论表征模型，模型通过选取两个易获取的不同温度下硬度值作为参考点，可预测材料在高温和低温下较难获取的硬度，且预测结果与实验结果取得了很好的一致性。该模型建立了温度相关性硬度与定压比热容（或德拜温度）、熔化焓之间的定量关系，且模型所需的材料参数均可方便的从文献中获取，为预测不同温度下的硬度提供了一种方便的方法。
　　2）采用本课题组自主研制的可实现大跨度初始及目标环境温度的材料抗热冲击性能测试设备，针对氧化铝和氧化锆陶瓷材料，实验研究了其在某个特定热冲击初始温度下，经历大跨度热冲击目标温度的降温热冲击行为，并采用氧化锆陶瓷材料实验研究了尺寸对其抗热冲击性能影响。研究结果发现：针对氧化铝陶瓷材料，经历特定条件下的大跨度目标温度的降温热冲击试件，其室温和热冲击目标温度下的三点弯曲强度均高于未经历热冲击的氧化铝陶瓷在相应温度下的强度。基于此提出了一种提高陶瓷材料强度，特别是高温下强度的方法，为提高超高温材料及结构在不同使役温度下的强度提供了有效途径。
　　3）基于力热能量密度等效原理，建立了陶瓷材料的温度相关性热冲击破坏准则，利用USDFLD子程序将该准则嵌入到ABAQUS研究了氧化锆陶瓷材料在液态和气态介质下的降温热冲击行为。获取了不同模型尺寸在液态介质冷却下的裂纹萌生临界温差，分析了尺寸对其抗热冲击性能的影响。同时，在气态介质冷却时，发现了陶瓷材料的抗热冲击性能存在一个关于热冲击初始温度的危险区，在此区域，材料的临界裂纹萌生温差最低，其抗热冲击性能最差，基于此，提出了一个提高材料在复杂热冲击环境中抗热冲击性能的措施。