为了准确分析航空航天领域中热防护材料空间非均质、与温度相关的非线性热物性参数以及可能存在的几何损伤变形等复杂的热力学问题,本文基于径向积分边界单元法结合梯度基优化算法对材料的空间非均质、与温度相关的非线性热物性参数进行辨识,以及针对结构可能存在损伤变形进行反演分析研究,具体研究内容如下:在瞬态热传导正问题的求解中,采用径向积分边界单元法准确地计算空间非均质、与温度相关的非线性材料的瞬态温度场,并将数值模拟过程从实数域拓展到复数域,以便于复变量求导法的实施,进一步充分检验了复数域边界元算法的准确性。相比于其他数值计算方法,如有限单元法、有限差分法与有限体积法等等,边界单元法凭借其只离散计算域边界的特点发挥出巨大的优势。尤其是在几何可变的反问题中,边界单元法有效地避免了结构内部单元的生成与重组过程中容易产生的网格畸形问题。复变量求导法的成功引入,使得梯度基优化算法中的灵敏度矩阵得以精确、高效求解,极大提升了整个热传导反分析的计算精度与计算效率。此外,针对传统共轭梯度法的线性收敛特点,其与最速下降法的有效结合对收敛过程中存在的收敛速度慢乃至无法收敛到最优解等问题进行修正,从而显著提高优化算法的迭代搜索效率。在具体的瞬态热传导反分析算例中,基于本文研究方法分别完成了空间非均质、与温度相关的非线性复杂热物性参数规律以及未知几何形状的准确辨识研究。此外,考虑到实际工程应用价值,本文进一步分析了不同的测量误差以及不同的初值选择对于最终辨识结果的影响,以此充分验证本文方法具有良好鲁棒性与实用性。特别地,考虑到边界单元法在求解大规模、非线性热传导问题时计算量巨大的特点,本文特别针对径向积分边界单元法开展模型特征分析,建立适合材料非线性边界单元法的物理降阶模型,大大降低问题求解的自由度,进而极大提升了径向积分边界单元法在求解非线性瞬态问题时的计算效率。本文的研究工作对于航空航天领域中复合材料的热物性参数确定以及结构变形反演辨识等提供一定的理论指导,并为其算法精度、计算效率的提升等方面提供一些新思路。