非均匀材料相比于组份单一的均匀材料具有其独特的性能。热冲击载荷是非均匀材料在服役过程中可能遇到的典型工况，可导致材料内部产生极大的温度梯度和热应力，进而引起非均匀材料断裂失效。理解热冲击载荷下非均匀材料的断裂行为对材料的设计和评价具有重要意义。目前，热冲击载荷作用下非均匀材料裂纹问题的研究仍然十分有限。本论文针对热冲击载荷作用下非均匀材料断裂参数的获取，复杂界面条件下裂纹扩展规律分析、混合型多裂纹热冲击阻力等问题进行了一系列研究。第1章介绍了本论文课题的研究目的和意义，回顾了国内外非均匀材料热断裂力学的研究状况，分析了现有热冲击载荷作用下非均匀材料断裂行为研究的不足，进而确定了本论文的研究内容。第2章提出了一种相互作用积分方法-摄动解-有限元法相结合的数值-解析方法，对热冲击载荷作用下非均匀材料的热断裂力学问题进行了研究。把瞬态温度场的摄动解引入相互作用积分表达不同时刻热应力强度因子。把瞬态相互作用积分嵌入有限元程序，最终可以高效计算裂纹尖端的混合型瞬态热应力强度因子，利用该方法分析了几何参数和材料属性分布形式对瞬态热应力强度因子的影响。该方法不仅成功地获得了热冲击载荷作用下非均匀材料的断裂参数，而且能够分析具有一般分布属性非均匀材料的裂纹问题。第3章对热冲击载荷作用下含界面非均匀涂层/基体系统的断裂行为进行了研究。给出了复杂界面条件下瞬态热应力强度因子的求解方法，瞬态温度场通过有限差分-有限元方法求解。本章方法不仅能够成功地获得了不同界面形式下非均匀材料裂纹尖端的断裂参数，同时基于非均匀材料的断裂韧性和已知瞬态热应力强度因子，分析了裂纹的扩展规律，给出了裂纹扩展过程中重要临界参数(不同时刻裂纹扩展的最大长度)，为模拟热冲击裂纹扩展解决了基础性问题。第4章对含混合型多裂纹非均匀材料的热冲击阻力进行了研究。基于应力准则和应力强度因子准则建立了含混合型周期裂纹非均匀材料的热冲击阻力模型，获得了非均匀材料的热冲击阻力曲线，预测了非均匀材料能承受的最大温差，同时研究了非均匀材料属性分布形式对热冲击阻力曲线的影响，并分析了裂纹间距、裂纹长度和裂纹倾角对瞬态热应力强度因子的影响。本章方法可以为热冲击载荷作用下非均匀材料的断裂评价提供设计依据。第5章对含颗粒非均匀材料热冲击裂纹问题进行了研究。采用扩展有限元和瞬态相互作用积分相结合的方法，获得了含颗粒非均匀材料裂纹尖端的瞬态热应力强度因子，分析了颗粒的材料参数和几何位置对热应力强度因子影响。结果表明：1）颗粒的弹性模量与热膨胀系数对瞬态热应力强度因子影响显著，而颗粒的其他材料属性对瞬态热应力强度因子的影响相对较弱；2）在一定的范围内，可以忽略颗粒对裂纹尖端瞬态热应力强度因子的影响。本章的工作对非均匀材料的断裂评价和设计具有重要实际意义。