热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的新型功能材料，其工作原理包括三种物理效应：塞贝克效应（将热能直接转化成电能的现象），珀尔贴效应（将电能直接转化成热能的现象）和汤姆逊效应（当电流通过存在温度梯度的导体时除了焦耳热外导体还会吸收或放出一部分热量）。凭借其工作温度广泛、控制方便、可靠耐用、无运动部件等特点，热电材料已经被应用于温差发电器和热电制冷装置中。为了更好的适应不同的工作环境并充分发挥材料的热电转换性能，层合热电材料和结构被越来越多的应用到工程实际之中。由于层合热电器件一般在大温差、高热流的环境下工作，其内部的局部应力集中往往是不可避免的，这将会影响其安全使用。因此，分析层合热电结构的热-电-力耦合行为是十分必要的，这将为层合热电装置在结构强度和使用寿命等方面的设计和优化提供参考和理论指导。本文采用奇异积分方程方法，最小能量原理，分离变量方法以及复变函数方法，对层合热电材料和结构的多场耦合问题做了系统的研究。主要研究内容和成果包括：
　　（1）基于弹性薄片和弹性板假设，建立了热电薄膜/基底结构的应力集中问题求解模型。获得了关于界面应力的奇异积分方程，并采用切比雪夫多项式进行求解。分析了电流密度，热电薄膜与基底的材料性能以及结构的几何尺寸对边缘处应力集中的影响。结果表明，降低热电材料的热导率虽然可以提高热电优值，但同时将增强边缘处的局部应力集中，这就意味着在热电器件的设计和使用中需要平衡考虑材料的工作性能和结构的安全性。
　　（2）基于最小能量原理分析了热电薄膜的起皱行为，讨论了电流密度对起皱发生的临界温度和脱层处局部应力集中的影响。结果表明，当通过热电薄膜的电流密度升高时，起皱发生时的临界温差降低并且脱层处的应力集中增强。此外，给出了热电薄膜/基底结构发生起皱时的临界温度随材料性能和结构尺寸变化的关系式。
　　（3）研究了层合热电结构在接触热阻接触电阻影响下的断裂问题，获得了在热冲击作用下的裂纹尖端应力强度因子。研究表明，当高温端和低温端的接触热阻降低时，层合热电结构的表面温差增大，这将有利于热电材料更好的发挥工作性能。减小低温端接触热阻或提升高温端接触热阻将减小裂纹尖端的局部热应力集中。当热端和冷端的接触热阻降低时，界面处的电势差增大。考虑汤姆逊效应时接触热阻对界面处电势差的影响将会更加明显。此外，电场在裂纹尖端存在奇异性。为了更好的解释热电材料断裂行为，本文考虑裂纹尖端附近的电场屈服假设提出了热电材料的电饱和裂纹模型，获得了考虑电场屈服条件时裂纹尖端附近的电流场和能流场表达式。
　　（4）基于分离变量法分析了层合热电圆柱壳和层合热电球壳在热冲击作用下的热-电-力耦合行为，并研究了结构几何尺寸和材料性能差异的影响。得到了在不同约束条件下在表面和界面处的热应力表达式。结果表明，电流密度的大小和方向都将影响层合壳体内部的热弹性响应。应用本文建立的动态模型可以获得层合热电壳在不同环境下的最大应力的大小和位置。
　　本文的研究结论对于在大温差、高热流等热环境中工作的层合热电材料及结构的设计和安全使用具有指导和参考价值。