近年来,随着可再生能源产业的快速发展,传统发电机组的运行模式正在面临着重大变革。频繁的开启和关闭操作,使得超临界发电机组中的高铬钢构件承受了复杂的热力学载荷,由此可能导致构件中产生蠕变、低周疲劳、延性、氧化腐蚀等多种类型的损伤。各种损伤可能会同时出现,并发生交互作用,从而严重影响高铬钢构件的使用寿命。为了保证构件的安全运行,必须深入研究高铬钢在复杂载荷条件下的热力学行为及其损伤演化特性,从而构建出合理有效的本构模型,实现对高铬钢材料及其构件高温复杂力学行为的预测及剩余寿命评估。本文首先提出了一个三阶段蠕变本构模型,用于描述高铬钢材料在高温恒定载荷条件下的蠕变行为。其中,蠕变应变率在三个蠕变阶段的不同特征都在模型中进行了考虑。对于第二和第三蠕变阶段,模型中采用了两个Larson–Miller参数来预测材料的最小蠕变应变率以及平均蠕变断裂时间。第三蠕变阶段内材料蠕变速率的快速增长是通过引入一个蠕变损伤变量来描述。为了模拟初始蠕变阶段由于应变强化效应引起的蠕变速率的下降,模型中还引入一个与应变强化效应相关的内变量。模型中的材料参数可以通过拟合相关的实验数据得以确定。针对应变控制和应力控制的问题,本文分别设计了数值积分算法对模型的本构演化方程组进行了求解。该三阶段蠕变本构模型还被嵌入有限元软件中,从而实现了对高铬钢构件在真实加载条件下的整体蠕变行为的数值模拟。接下来,本文基于连续损伤力学理论和热力学基本原理,建立了一个统一的多机制连续损伤粘塑性理论模型,用于描述高铬钢材料在高温复杂载荷条件下的热力学行为。对于各向同性的损伤状态,模型中采用了一个标量型损伤变量来表示材料的退化效应,它是由蠕变损伤、低周疲劳损伤和延性损伤等三部分组成。在模型的建立过程中,本文首先提出了一些运动学假设并引入了有效应力的概念。基于具有适当本构形式的状态势函数,本文从热力学第二定律出发导出了模型的本构方程。进一步考虑最大耗散原理,可以构造一个拉格朗日泛函。模型中耗散型变量的演化方程可以通过求解拉格朗日泛函的最小值问题得到。由此即可建立起多机制连续损伤理论模型的本构发展方程组。对于各向异性的损伤状态,本文采用了一个二阶损伤张量,并介绍了相应的有效应力的表达式。模型的本构演化方程同样可采用热力学方法推导得到。为了实现模型的实际应用,本文提出了求解模型本构演化方程组的数值积分算法,并设计出了有效的材料参数确定方案。基于给定的材料参数,本模型可以模拟高铬钢材料在不同加载条件下的热力学响应,并对材料的损伤演化和剩余使用寿命进行预测。最后,本文提出了一个简化的疲劳-延性连续损伤理论模型,用于描述高铬钢材料在高应力水平下的复杂力学行为。该项工作的核心目标是通过参数优化来改进模型的预测精度。模型中材料参数的初值可根据相关实验数据进行确定。为了改进模型的预测精度,本文设计并开发了一个有效的材料参数优化程序,其中选取了高铬钢材料在单轴循环加载、单轴恒定加载和单轴加载-保载等实验中的响应数据作为优化目标。基于优化得到的材料参数,本模型可以精确模拟高铬钢材料在不同加载条件下的力学响应。特别地,本模型可以利用Chaboche型粘塑性本构方程对材料在高应力恒定加载条件下的最小应变速率和平均断裂时间进行预测。本文所介绍的研究成果可应用于高铬钢构件的安全设计及其在实际运行过程中的剩余寿命预测,具有重要的学术和工程应用价值。