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MEMS的加工工艺和工作环境常常对其测量精度、响应速度、稳定性等产生多物理场耦合干涉效应。由于微小结构的尺度效应，使得微结构在使用过程中性能受温度场、电场、磁场等多物理场耦合的影响更加错综复杂，难以预料。微结构的多物理场耦合效应解析在MEMS产品产业化中起着很重要的作用，精确地模拟和计算出微结构在多物理场中的行为特征，对设计出高灵敏度和高性能的微结构起着指导作用。目前，对微结构(机械场、流体场、温度场、静电场、磁场、声场等)的多物理场耦合效应解析的研究已成为学术研究和工程应用中的一个难题。
传统的有限元法很难通过各个物理场整体的偏微分方程找出它们之间的耦合关系，在建立微结构在多物理场环境下这种具有复杂特征的动力学机制的解析模型上有着困难。此外，在微米级的微观领域，一些宏观作用机理能否精确适用的问题仍然有待研究。
为了解决以上问题，本文以MEMS典型微结构为研究对象，提出了基于自组织原理的元胞自动机(CA)法，为微结构多物理场耦合解析这个难题提供了一个有效的解析方向。本文将具有灵活性的、在求解微结构多场耦合上存在优势的、自下而上的自组织理论引入多物理场耦合解析中，对微结构多物理场耦合解析方法进行了系统而深入的研究：
(1)分析了MEMS器件中常见的多物理场耦合效应，如温度效应、吸合效应、电容边缘效应以及其他多物理场耦合效应对器件性能的影响，提出了微结构多物理场耦合解析的必要性。
(2)阐述了自上而下的有限元法和基于自组织的自下而上的元胞自动机法，以及它们在微结构多物理场耦合解析上的应用，并分析了它们各自的优缺点和适用场合。
(3)以MEMS典型微结构中的平面应力问题为研究对象，根据应变能守恒，将连续性单元转化为米字形桁架结构，并建立元胞空间：从简单的二力杆热力分析出发，推导热应力的局部规则，建立了基于元胞自动机的温度—结构场耦合解析模型；并采用所建算法对典型微结构的温度—结构耦合进行解析，验证了所建解析方法的可行性和效率。
(4)在温度—结构耦合CA算法的基础上，深入研究了静电—温度—结构场耦合机理，以悬臂极板为研究对象，将其简化为平面应变问题，推导静电力的局部规则，分别建立了静电—结构耦合、温度—静电—结构耦合的CA模型。
(5)在较完善的多物理场耦合算法的基础上，对微结构的多物理场耦合CA算法实现了模块化，以MATLABGUIDE为平台编制了界面软件，增强了算法的实用性。