中文摘要：

研究复合材料结构系统宏细观多尺度联合、传热学和力学多学科耦合的数值建模和优化设计方法。以金属基复合材料及梯度功能材料等一类具有复杂构成形式、主要应用于与热相关的工作环境下的复合材料结构系统为对象，提出宏细观联合的传热和力学数值建模方法、以及多尺度相关的耦合系统数值计算中具有共性特点的理论和数值计算方法。基于均匀化方法和有限元方法，建立复合材料结构系统的宏细观联合的传热和力学分析的一体化分析模型，重点探讨力学量和温度场量在宏细观尺度下的耦合效应；研究包括细观尺度（材料体分比、增强相材料几何参数、材料参数等）和宏观尺度（结构尺寸、形状和边界参数等）设计变量的热传导和力学的耦合灵敏度理论和计算方法，提出这一复杂系统基于灵敏度的优化模型和求解方法，并采用结构拓扑优化理论和算法进行宏细观联合的拓扑优化设计研究。针对若干典型工程问题提出数值模型、计算方法和优化设计方法。

结论摘要：

研究复合材料结构系统宏细观多尺度联合、传热学和力学多学科耦合的数值建模和优化设计方法。提出了非线性理论的复合材料热传导-结构耦合分析及灵敏度分析方法，分别研究了直接法和伴随法，推导了完整的计算列式，并实现了相关算法。针对热传导，及其与结构耦合的拓扑优化设计问题，结合进化优化算法(ESO),探讨了双向进化和多目标优化的优化求解算法。基于均匀华理论和几何参数化建模技术，完成了均匀化理论材料热传导和力学性能预测的计算模块，并将该模块集成到参数化优化设计系统，实现了材料参数化优化设计计算。提出了构造张量理论和骨重建理论结合的拓扑优化新的准则方法，完成了基于应变约束、多约束、拉压不同模量、及结构与材料并发设计等问题的系列研究工作。以上工作拓展了结构优化研究方法，相关的技术和软件系统为进一步研究提供了良好的基础。