在国际高新技术竞争异常激烈的今天,基础科学研究的强弱已经成为体现一个国家科技、经济甚至国防实力的主要标志。脉冲强磁场是现代基础科学研究的重要工具,随着凝聚态物理、生物医学、纳米科学以及微重力学等基础研究的不断深入,研究人员对脉冲磁场强度提出了更高的要求。目前,由于高场脉冲磁体的力学稳定性以及磁体寿命等问题,在实际基础科学研究中用于保障实验环境的脉冲磁场通常运行在80 T以下,更高磁场强度的脉冲磁体并未得到广泛的应用。高场脉冲磁体工作在高电压、大电流和极低温等极端实验环境中,涉及到电场、磁场、温度场以及应力场等多物理场的互相耦合,是一个极其复杂的强电磁系统,磁体中巨大的电磁应力以及多级线圈磁体中的电磁耦合效应,都是限制脉冲磁场强度进一步提高的主要原因。针对上述问题,本文以实现100 T脉冲强磁场为目标,对高场脉冲磁体的设计理论及制作工艺展开了全面的研究,其研究成果对脉冲磁体系统设计、突破现有的技术壁垒、发展基础科学研究具有重要的学术价值和现实意义,主要内容和研究成果概述如下:在高场脉冲磁体的电磁热多物理场耦合方面,在充分考虑脉冲磁体导体材料的温升效应、涡流效应以及磁致电阻效应的情况下,推导了脉冲磁场产生系统的电路模型、磁场模型以及传热模型,建立了高场脉冲磁体的电磁热多物理场耦合模型。在此基础上,开展了100 T磁体三线圈电磁热多物理场耦合分析,通过内、中、外三线圈贡献的磁场叠加,在磁体中心孔中产生100 T峰值磁场强度,分析了100 T磁体三线圈在放电过程中的电阻、电流以及温度变化,并优化了三线圈的磁场贡献比例以及内线圈的几何形状,揭示了不锈钢套筒对100 T脉冲磁场的影响规律。在高场脉冲磁体的力学行为特性方面,将磁体导体材料铜铌导线的损伤变量耦合进主控方程,采用混合强化模型作为强化准则,建立了铜铌导线的唯象本构模型,并根据纤维加固材料在有限元中的建模方法,搭建了纤维材料的渐进失效模型。在此基础上,开展了100 T脉冲磁体的力学行为研究,算出磁体中的载荷分配机制,分析了100 T磁体三线圈的峰值应力水平,算出纤维加固层的最大应力为3.2 GPa,低于加固材料的极限强度,并研究了预应变以及轴向压力对100 T磁体力学行为的影响。提出了采用Zylon/Kevlar混合纤维加固100 T脉冲磁体的新方法,该加固方法能有效地防止导体层和纤维层发生剪切运动,并通过小型脉冲磁体爆炸实验结合有限元法对混合纤维的极限强度进行分析和验证。在多级脉冲磁体的耦合补偿方面,提出了在多级脉冲磁体放电回路中串联去耦变压器的新方法,补偿了线圈之间由于电磁耦合而导致的磁场跌落。以100 T三线圈磁体为研究对象,给出了去耦合100 T磁体系统的电路结构,通过去耦变压器的补偿作用,100 T磁体的外、中线圈磁场不再有跌落现象。建立了去耦变压器的电磁热多物理场耦合模型,分析了去耦变压器在放电过程中的磁场、温度以及三绕组的电阻变化。研究了去耦变压器的力学行为特性,指出去耦变压器的中绕组处于环向压缩状态,并提出了去耦变压器的力学加固方案。在100 T高场脉冲磁场的实验研究方面,将本文设计的100 T三线圈脉冲磁体以及去耦变压器进行绕制及组装,探究了其加工工艺,并建立了一套100 T脉冲强磁场系统实验平台。开展了100 T三线圈磁体及去耦变压器的耐压测试以及对磁场中心点的定位测试工作,按照从单线圈到多线圈的测试原则,对磁体三线圈逐步进行放电测试,最后串联去耦变压器对整个去耦合100 T系统进行联合测试,最高脉冲磁场强度测试到80 T。进一步讨论了不同放电过程对100 T脉冲磁场的影响,分析了当中线圈失效时去耦变压器对外线圈的影响,以及磁体线圈残留的不可逆电感对磁场波形的影响。验证了100 T脉冲磁体设计方案的可行性以及去耦变压器的有效性,为今后冲击更高磁场强度提供了重要的实践经验和数据支撑。