经过多年的探索与发展,磁约束核聚变研究已开始进入实验堆建造与实验阶段。其中,聚变堆第一壁作为直接面向等离子体的关键部件,其抗热冲击性能及疲劳寿命一直倍受关注。从已有研究进展来看,面向第一壁工程应用研究开展较多,而对其抗冲击与疲劳的材料／结构力学机制研究较少。由于第一壁不仅要承受反应堆脉冲运行的周期性载荷,还可能在等离子破裂时承受极端瞬态热、磁等载荷,其材料／结构力学响应呈复杂耦合状态,这种多因素多效应耦合的疲劳、冲击损伤机制及耦合效应亟待深入研究,为发展第一壁抗疲劳与冲击性能的工艺及技术奠定基础。因此,本研究从结构力学基础出发,建立了热／结构完全耦合的热传导方程和弹塑性本构关系,并综合考虑了材料融化,凝固,汽化等多种热物理效应,形成了较完备的第一壁热／结构耦合力学分析方法,对第一壁热／结构耦合力学行为与热疲劳性能开展了初步研究,主要研究进展如下：1)对比分析了采用相同结构参数不同面向等离子体材料(铍和钨铜梯度材料)的第一壁模型在等离子体破裂冲击下的热／结构耦合力学行为,发现冲击能流主要沉积在表层材料上,材料热物理属性差异将导致复杂的应力响应,结果显示表层采用高比热铍材料的第一壁可较大程度缓解冲击对内部材料的损害,但代价是整层发生大面积热塑性损伤；相同条件下,表层采用低比热铜钨梯度材料的第一壁对内部冲击缓解差,但总的塑性损伤区域有限,具有更优异的抗热冲击潜力。2)从热／结构耦合力学分析出发,对面向等离子体层采用钨铜梯度材料的第一壁结构进行参数优化。综合对比连续梯度材料和分层梯度材料在稳态和瞬态热加载下应力分布差异,发现连续梯度材料表现更优异性能,且分布指数p在1.2附近时,具有最优值。3)采用Manson-Coffin方程,对采用钨铜梯度材料的第一壁模型开展热疲劳性能研究。结果发现采用不同p值的钨铜梯度材料的疲劳寿命存在差异,最优p值材料的第一壁模型疲劳寿命最高。4)进一步热疲劳分析发现,第一壁的疲劳寿命随着周期载荷幅值的增加呈非线性变化特征(下降)。同时高热流冲击后的第一壁,由于冲击损伤和疲劳损伤耦合,其疲劳寿命会明显下降。