人类社会的发展历程，是以材料为主要标志的，金属材料在此过程中一直发挥着重要的作用。随着科技的不断发展和创新，人们对金属材料的性能要求越来越高。高温下金属材料具有明显不同于常温的力学性能，如何有效的利用这一特点或者避免其形成高温缺陷，就使得对金属材料的高温力学行为研究变得十分重要。工程上的结构一般是要求其在材料的弹性阶段范围内安全工作，因此，研究高温下金属材料弹性阶段的热应力本构关系是非常有意义的。本文基于张量函数的多项式表示方法，考虑温度因素，建立了能够广泛适用于金属材料的非线性各向同性弹性材料完备的、多项式形式热应力本构方程和应变能函数，并进行了验证。利用MATLAB软件，将本构方程与文献中高温金属材料单向拉伸和压缩情况下弹性阶段的实验数据进行了拟合，结果表明两者显示了良好的一致性。目前，张量形式的弹塑性热应力本构方程尚未见到，为了进一步研究金属材料高温条件下的塑性行为及性能，本文以45号钢为例，在弹塑性范围内对其进行了高温拉伸试验和数值仿真模拟。在600℃~750℃的环境温度范围内和0.5、0.7、0.8以及0.9倍屈服应力下开展了45号钢的高温拉伸试验，主要得到恒温升载情况下的应力应变曲线，屈服强度、极限强度以及恒载升温下应变随温度的变化情况。试验结果表明，恒温升载情况，在不同试验温度下，45号钢的力学性能变化不大，随温度升高而下降的趋势基本一致；而恒载升温情况，则呈现出在300℃之前应变变化比较平缓，300~500℃逐渐增大，550℃左右急剧增大至颈缩的现象。利用ANSYS软件出色的非线性分析能力，对45号钢的高温拉伸试验进行了热-结构耦合仿真数值模拟。采用多线性等向强化模型定义试验所得的弹塑性应力应变关系，并分别以610℃、660℃和710℃为热应力分析参考温度计算，得到了其温度场和应力场结果，直观地显示了拉伸过程中热应力的分布及变化情况。