极高温度梯度和极大温升率下的热力耦合问题是许多现代工程技术领域必须面对的关键性问题。课题的应用领域涉及航空航天的热防护体系（如热障涂层），微电子领域的微纳器械的热力耦合问题（MEMS器械的加工与制备）以及生物材料中的热力学问题（肿瘤急冷急热处理）等。由于显著细结构或非均匀内结构的特性，使材料在极高温升率与温度梯度下的短时程传热中表现出显著的非傅里叶效应，其热弛豫时间并不局限于分子或晶格水平，非均匀介质具有不同水平的传热结构单元，因而有较大的热弛豫时间值。另一方面，层合结构包含针对刚度增强，重量控制，热防护性能及电磁场屏蔽等多项要求设计的各子层，其中往往含多孔或纤维多层材料介质在内。在这种工作情况下考虑极高温度梯度和高温升率的热力耦合问题便具有了现实意义和研究价值。针对具有显著细结构的多层薄膜材料，极高温度梯度和极大温升率条件下热力耦合传播问题涉及了以下三方面对传统理论的挑战：1）传统的傅里叶定律受到挑战，需要引入热传导的非傅里叶定律；2）忽略应变和应力对温度分布影响的热力耦合问题传统的工程分析方法受到挑战，需要在广义热弹性框架下将温度的时空分布受变形和应力时空分布的影响纳入考虑；3）应力、应变和温度增加量间的一次关系不足以分析小尺度及非均匀材料和多胞材料的这种热力耦合效应，需要在现代本构理论框架下发展和完善本构方程，特别要注意引入应变梯度理论，并在高温度梯度条件下完善应变梯度理论。论文基于广义热弹性理论，针对纤维增强复合材料及其多层结构，给出在强热沉积下的热力耦合响应。第二章详细介绍了经典热弹性理论和常见的几种广义热弹性理论，并通过具体算例对它们之间的异同进行了比较。结果表明在给定的条件下，经典的非耦合热弹性理论与经典的耦合热弹性理论得出的温度以及应力的分布基本一致，两种广义热弹性理论得出的温度分布基本一致，而G-L广义热弹性理论得到的应力要大于L-S广义热弹性理论；以激光驱动的光热微膨胀臂的热力耦合分析为例，给出了在广义热弹性理论下的静态及动态响应，说明了广义热弹性理论的适用性。第三章建立纤维增强复合材料代表性单元，得到了其等效物理量，给出其边界受热冲击作用时不同约束条件下的一维热力耦合问题中的温度增加量和应力的分布规律，并讨论了它们之间的差异，结果表明对于给定的条件，应力、应变对温度的影响很小。第四章研究了二维情况下纤维增强复合材料在边界受热沉积作用下的热力响应，且研究了在材料表面金属涂层时相同边界条件下的温度和应力的分布规律，结果表明距离边界越近的点的温度越高且最大压应力越大，表面的金属涂层可以有效地减小纤维增强复合材料中的温度及应力。第五章介绍了多层复合结构在热沉积作用下二维热力耦合问题中应力、温度的分布特点，讨论了热波在界面处传播的规律，计算结果表明，热波在层界面会形成透射波与反射波；对于陶瓷层-氧化层-金属层三层结构，在陶瓷层中距离界面越近的点形成了较大的拉应力，而对于陶瓷—纤维两层结构，陶瓷层中在界面附近并没有形成的拉应力，且越靠近边界的点所受到的最大压应力越大，更容易发生破坏。