金属／陶瓷梯度功能材料(简称梯度材料)是当前国内外材料科学最活跃的研究领域之一。梯度材料的一个重要思想是材料的可设计性，也就是可以根据工程应用的要求，通过合理地选择材料体系、制备方法、组成分布、微观结构以及几何尺寸等，获得最优的解决方案。这种“可设计的材料”的思想，已经超出了传统意义上的梯度材料领域，广泛应用于各种高技术领域。 本文在国家自然科学基金项目的资助下，采用改进的遗传算法--小种群遗传算法，针对平板和圆筒这两种典型的梯度涂层结构，研究了金属／陶瓷梯度涂层的热应力优化设计问题，并以边界界面裂纹为例，初步探讨了金属／陶瓷梯度涂层的断裂性能的优化设计问题。 本文首先对平板结构和圆筒结构梯度涂层在制备过程和稳定工作状态下的热应力优化设计问题进行描述，然后分别用解析法求解两种结构的梯度涂层在制备过程和稳定工作状态下的热应力分布，并采用有限元方法验证了热应力分布的结果，在优化设计时，以危险系数为目标函数，以涂层的隔热性能为约束条件进行设计。与传统的梯度材料优化设计方法不同，本文摒弃了梯度组成按照幂指数分布规律变化的传统假设，在优化过程中直接采用梯度涂层各中间梯度层的组分比和厚度作为优化设计变量，可以在更广泛的设计空间内寻求最优解。两种典型结构的优化设计结果表明，本文的优化设计方案更为合理、有效。 关于梯度材料破坏性能的优化设计问题，本文对含边界界面裂纹的平板状梯度涂层进行了初步的研究，建立了边界界面裂纹扩展驱动力--能量释放率的近似分析方法，以能量释放率为优化设计目标函数采用本文提出的优化设计方案对梯度材料的破坏性能进行优化设计。 本文的研究重点是金属／陶瓷梯度涂层的优化设计方案，通过本文的研究工作，建立了较传统方法更为合理的金属／陶瓷梯度涂层的优化设计框架并获得了一些对梯度涂层的工程应用具有指导性意义的分析结果。