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随着航天技术的迅猛发展,对复合材料及其结构在热力耦合条件下的性能表征和损毁机理的研究需求日趋迫切。对复合材料进行多尺度建模与计算与物质世界的基本性质相符合,可以更加准确地表征材料的性能以及预报材料在一定工况下的响应规律;而且,它为依赖于微结构的材料性能的优化提供了有利的支持,我们可以基于多尺度计算,在材料制备前进行加工工艺与微结构的设计。在众多跨尺度计算方法中,双尺度渐近分析方法是一种适用于周期性构造复合材料性能表征与结构分析的通用、高效、精确的方法。其基本思想是:材料性能的计算和预测沿着从细观到宏观这一过程,采用双尺度均匀化方法,由细观尺度下的单胞计算出宏观尺度下材料的均匀化性能参数;而结构物理、力学行为的计算与预测则是从宏观平均场方程出发,从宏观到细观,利用双尺度渐近展开技术,计算出细观尺度下物理、力学量的局部涨落。本文主要基于双尺度渐近分析方法对复合材料的热/力学有效性能与响应规律进行了多尺度表征与计算。首先,从热力耦合问题的基本方程出发,建立了复合材料温度场和力学场的双尺度渐近表达式;得到了复合材料宏观均匀化热传导系数、刚度系数和热膨胀系数的表达式;并且将该方法与有限元方法相结合,给出了数值实现双尺度计算的计算步骤。其次,通过数值试验验证了双尺度分析方法预报复合材料宏观性能的有效性,进而研究了夹杂百分含量、夹杂形状和夹杂之间的相互作用对复合材料宏观性能的影响;并且通过数值试验验证了双尺度分析方法描述结构场函数的有效性和高效性。接下来,将双尺度渐近分析方法应用于ZrB2-SiC超高温陶瓷材料体系,进行了跨越微观-细观-宏观的多尺度表征与模拟的尝试,计算了ZrB2-SiC超高温陶瓷的热响应规律,分析了SiC夹杂颗粒的尺寸和分布位置对细观结构的影响;并且建立了碳纤维增韧超高温陶瓷基复合材料的单胞模型,计算了碳纤维增韧超高温陶瓷基复合材料结构在一定工况下的响应,确定了结构内的最大应力值及其所在位置。然后,考虑到界面相的小尺寸对计算规模的影响,提出了二重双尺度方法。将二重双尺度方法与有限元方法相结合,计算了宏观轴向均匀拉伸载荷、横向均匀拉伸载荷和横向均匀剪切载荷条件下含界面相单向纤维增强复合材料的三维应力场分布,确定了各种载荷条件下复合材料结构内的最大应力值及其所在位置;讨论了界面相性能对应力场分布的影响,结果显示纤维—界面相—基体力学性能的等差过渡有利于缓解轴向拉伸载荷下复合材料内纤维在界面附近的应力集中。最后,针对单向复合材料直杆,按照组分材料的不同性质引入不同的破坏准则,提出预报单向纤维增强复合材料轴向强度的双尺度方法。在预报轴向拉伸强度时,通过引入纤维等效拉伸强度的概念,将拉伸载荷下的渐近损伤与双尺度方法联系起来。结果显示采用双尺度方法预报的复合材料宏观强度值与实验值吻合较好,说明了该方法的有效性。