作为一种准三维网状的耐高温复合材料,针刺碳/碳（C/C）复合材料（Needle Punched Carbon/Carbon Composites,NP C/C复合材料）由于其较好的力学性能和相对低廉的制造成本,被广泛用作航空航天领域的烧蚀材料和耐磨材料。这种材料的服役环境大多数温度很高,因此会产生不同程度的氧化,造成其表面形貌发生剧烈变化,从而引起力学性能的大幅下降。此外,NP C/C复合材料在制备过程中使用了针刺技术,使得这种材料在细观尺度上的结构非常复杂并具有一定的随机性,不仅难以精确预测其力学性能,还对其氧化性能的评估带来许多困难。同时,由于这种材料在制备时自身就具有不同层级的结构,其氧化性能也应是多个层级氧化行为的累积,即多个尺度上扩散/反应体系方程的求解,所以从单一尺度上很难准确描述其氧化过程。因此,为了在工程应用时更加准确的评估NP C/C复合材料的力学性能,对其氧化行为的研究是十分必要的。本文从微、细、宏观给出了NP C/C复合材料的多尺度瞬态氧化过程模型,主要内容如下:（1）鉴于氧化性能和NP C/C复合材料细观结构之间的密切关系,首先提取了NP C/C复合材料纤维束的微尺度计算机断层扫描（micro-Computed Tomography,micro-CT）图像中的几何特征,并根据这些特征参数拟合了统计模型,以重建三相材料（纤维相、基体相、界面相）的三维模型。（2）提出了一个逐级耦合的多尺度理论框架来表示NP C/C复合材料在不同尺度下的扩散/反应体系,并使用Newton-Raphson方法通过计算机程序对其进行了数值求解。首先,使用粒子体系方法进行了一系列形貌退化模拟,这在微观尺度上验证了提出的氧化模型,意味着纤维形状受每个粒子的质量损失控制。此外,观察到的扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）图像与该模拟结果（纤维的针尖状部分）也非常吻合。（3）在细观尺度上,从模拟结果图像中得到了与微观尺度相似的退化形貌。值得注意的是,纤维束单胞的不同单元由于具有不同的暴露退化特征面,从而具有不同的氧化性能,这对于立方体形状的复合材料侧面（平行于反应流通量方向）的纤维束单胞尤其明显。（4）就宏观尺度而言,开展了氧化试验,并证明其质量损失结果与多尺度模型的数值模拟曲线非常接近。因此,多尺度瞬态氧化模型的当前精度可以满足描述NP C/C复合材料氧化行为的要求。此外,为了精确求出NP C/C复合材料的整体质量损失率,在质量损失全域积分中植入了细观结构几何特征统计模型,从而使结果能显示出这种材料（特别是对于具有随机曲率的纤维束）本身的随机特性。（5）鉴于反应气体扩散与碳发生氧化的耦合效应及其瞬态特性,建立了非线性反应气体浓度场的解析模型并求得其闭合解。通过求解初边值问题而不只是对边值问题引入瞬态参数修正,可以提供更精确的反应气体浓度场分布。（6）最后总结全文得出结论,引入细观几何参数统计模型和使用多尺度耦合的方法使该模型更为真实地反映了NP C/C复合材料在瞬态下的氧化行为,从而提高了模型的可靠性。