随着航空航天技术的发展，热障涂层(TBCs)的应用也日益广泛。由于涂层界面几何参数、材料参数不匹配以及使用环境等综合作用，使涂层界面附近存在复杂的残余应力场，多次热循环作用下所产生的残余应力不断累积增大将引起结构的不稳定。本文以等离子喷涂热障涂层为研究对象，以热弹塑性理论和安定定理为理论依据，针对涂层结构的层裂失效问题，建立了相应的几何模型，研究了循环热载荷作用下热障涂层的残余应力及稳定性问题。 首先，针对温度场作用下结构的安定问题，基于Melan安定理论和Von．Mises屈服准则，建立了相应的结构安定数学模型，分析了安定判断准则和循环加载步骤，探讨了温度场作用下相应的结构安定极限有限元计算方法。其次，针对热障涂层温度场及热应力问题，在热传导及热弹性理论的基础上，以三层热障涂层结构为对象，求解了热障涂层稳态工作环境下的温度场分布，分析了热障涂层热循环过程中热应力的特点及其产生机理。接着，针对涂层结构不同界面形貌的问题，建立了热障涂层平板模型(界面为理想平面和凹凸曲面)和圆筒模型，采用热弹塑性有限元方法，对热障涂层热循环作用下由于热梯度、材料参数不匹配及几何因素而产生的残余应力进行了数值模拟，讨论了材料参数及界面几何形貌对界面残余应力大小和分布状态的影响。最后，针对多次热循环下涂层结构的不稳定问题，建立了循环载荷下塑性应变的累积关系，通过对变材料参数条件下不同界面形貌的热障涂层结构在多次热循环下残余应力累积过程的数值模拟，探讨了界面几何形貌对涂层稳定过程的影响，分析了在多次循环载荷下残余应力累积变化的趋势，并对对结构中的最危险点进行了安定性分析。 研究结果表明，平板模型中温度场呈直线分布，圆筒模型中温度场呈对数分布；热障涂层冷却后最大残余应力处于界面上，材料的参数相差越大，残余应力就越大，并且粘结层的残余应力增加的趋势比陶瓷层的大；界面几何形貌对热障涂层界面残余应力的大小、分布及性质有着显著的影响，残余应力随着界面形貌曲率的增大而增大，凹凸不平的界面形貌对涂层结构的稳定也是极为不利的，并且上凸的界面形貌比下凹的界面形貌对涂层的使用性能更为不利。