核主泵是核电站反应堆一回路主冷却装置,是核电站中唯一的不间断动力来源,被誉为核电站的“心脏”。核主泵主轴作为核主泵的核心部件,其安全可靠运行显得至关重要,然而其在高温高压强辐射环境中由于遭受冷水反复冲击而产生热疲劳裂纹的问题一直制约着我国乃至世界核电装备的发展,本文围绕这一问题展开研究。针对在高温环境下工作的核主泵主轴部件遭受冷却水反复冲击而容易出现裂纹的问题,提出通过仿生表面微结构设计,利用水低热扩散率的特性,在被热冲击表面产生隔热水膜,从而降低瞬态热冲击过程中表层结构的热应力,防止结构热疲劳损伤。针对这一设想,本文采用有限元与无限元结合的办法,解决热应力分析的多尺度问题。利用COMSOL多场耦合分析软件,对瞬态热冲击条件下,表面微结构的温度场与热应力分布进行分析,研究了冲击时间、微结构几何参数和流体粘性底层厚度等对微结构表面热冲击防护能力的影响。研究发现,表面微柱或微管结构对降低短时间冷水冲击产生的表面热应力具有显著效果,同时在微结构与基底之间存在最优过渡曲面使表面热应力最小化,并且考察了几何参数对最优过渡曲面的的影响。