高温超导材料具有高的临界转变温度、临界电流密度和上临界磁场,其在电力、能源、医疗、国防和重大科学工程等领域都有着广泛的应用。然而,超导材料通常工作在极低温、强磁场、高电流和复杂力学载荷的极端环境下,复杂工况条件下服役的超导材料一方面容易因过大的电磁力和热应力发生结构变形、性能退化甚至破坏,另一方面因交流损耗导致的温升变化易发生磁通跳跃甚至失超。因此,研究极端环境下高温超导材料及结构的力学响应和交流损耗是保障多物理场环境下超导磁体和设备安全和稳定运行的基础。本论文针对在工程应用中广泛使用的超导块体以及电缆结构,建立了二维和三维的数值计算模型,在考虑电-磁-热相互耦合的基础上,结合相关实验结果定量研究了高温超导结构的电磁场和温度分布、交流损耗及其力学行为。本论文的主要研究如下:首先,基于H方法和热传导方程,研究了在脉冲磁场下非均匀高温超导块材的磁化行为。与实验结果的对比表明所使用的计算模型能够再现非均匀块体内部俘获磁通的变化规律。讨论了在给定非均匀系数下发生和不发生磁通跳跃情形下的电磁场和温度分布并给出了相应的径向和环向应力,获得了两种情形下块材最有可能发生破坏的位置,分析了不锈钢环加固对块材的保护情况,最后给出了在不同的非均匀系数下发生磁通跳跃的最小脉冲场幅值。其次,研究了有限长尺寸的超导块材在脉冲场磁化过程中的俘获场、温度分布和力学响应,详细讨论了脉冲场磁化过程中电磁力、热应力对总的应力的贡献,分析了不同高度上径向应力与环向应力的区别,给出了不同金属环加固、脉冲场幅值、超导块体直径、厚度以及多连续脉冲对块体磁化的影响。针对堆叠块材在脉冲场磁化情形下的励磁行为,计算了不同堆叠间距、外磁场幅值和临界电流密度情形下的俘获场和应力。采用均匀化的T-A方法,得到了堆叠结构在场冷和脉冲场磁化情形下的磁化规律。最后,基于真实的几何结构对方形堆叠带材、TSTC电缆和CORC电缆进行了三维建模,讨论了它们的俘获场特性、力学行为以及应变对交流损耗的影响。基于T-A方法分析了场冷磁化过程中堆叠带材的电磁场分布,结合电磁力给出了堆叠结构中的力学响应;考虑不同电缆结构在绕制过程中带材超导层的应变分布情况,采用应变相关的临界电流密度,分析了不同扭转节距和不同缠绕节距情形下超导带材在传输交变电流和交变外磁场下的交流损耗特性。