磁电弹（Magneto-electro-elastic,MEE）复合材料是制备智能结构与器件的理想材料,具有优异的多物理场耦合性能,可快速实现机械能、电能、磁能、热能和化学能等能量的相互转换,满足现代科技向高集成化、超微型化、高密积化发展的需求。湿热环境中的磁电弹智能元器件,其力学特性受环境湿度、温度变化的影响十分显著。对温度场和湿度场中磁电弹智能元器件的静态和动态响应特性做出精准的分析,能够有效避免磁电弹智能元器件的强度破坏和失效,从而提升其可靠性、准确性和服役寿命。磁电弹复合材料的实验测试和理论分析研究日臻完善,但其相关数值计算方法还有待于进一步研究。有限元法（Finite element method,FEM）作为当前最为成熟的数值计算方法,其系统刚度矩阵偏“刚”、位移解具有下限性质、应力的精度低;对单元质量要求高,畸变单元会造成求解误差大、甚至结果错误或计算终止;计算效率低,单元划分工作占据大量时间。为了加快磁电弹复合材料的产业化进程,并为磁电弹智能结构的设计和制造提供指导,目前亟需建立精度高、效率高且稳定性强的多物理场耦合（Multi-physical field coupling,MP）数值计算方法。基于此,本文将梯度光滑技术引入多物理场耦合有限元法中,提出了基于单元的力-电-磁-热多物理场耦合光滑有限元法（Multi-physical field coupling cell-based smoothed finite element method,MPCS-FEM）、力-电-磁-热-湿MPCS-FEM和非均质力-电-磁-热-湿多物理场耦合光滑有限元法（Inhomogeneous multi-physical field coupling cell-based smoothed finite element method,IMPCS-FEM）,系统地研究了磁电弹复合材料和功能梯度磁电弹复合材料在稳态温度场、稳态湿热耦合场及瞬态湿热耦合场中的静力学及动力学特性。首先,基于力-电-磁-热MP问题的基本方程及边界条件,结合自然变分原理,将梯度光滑技术引入有限元法中,提出了力-电-磁-热MPCS-FEM,并推导出了力-电-磁-热MPCS-FEM方程。通过对稳态温度场中磁电弹梁和磁电弹双层梁的静力学特性进行分析,验证了力-电-磁-热MPCS-FEM的精确性、高效性和收敛性。其次,基于力-电-磁-热MP问题的基本方程、边界条件及初始条件、自然变分原理及梯度光滑技术,结合力-电-磁-热MPCS-FEM,提出了针对稳态温度环境中磁电弹结构动力学特性分析的力-电-磁-热MPCS-FEM,分别采用子空间迭代法和Newmark法,求解了稳态温度场中磁电弹复合结构的自由振动特性及瞬态响应特性,验证了算法的正确性及有效性。再次,基于力-电-磁-热-湿MP问题的基本方程及边界条件,结合自然变分原理,将梯度光滑技术引入有限元法中,提出了力-电-磁-热-湿MPCS-FEM,并推导出了力-电-磁-热-湿MPCS-FEM方程。通过分析湿热耦合环境下磁电弹梁、磁电弹双层梁和含孔磁电弹梁的静力学特性,验证了力-电-磁-热-湿MPCS-FEM的高精度、高效率和高收敛性。从次,基于力-电-磁-热-湿MP理论及梯度光滑技术,结合力-电-磁-热-湿MPCS-FEM,提出了针对湿热耦合环境下磁电弹结构动力学特性分析的力-电-磁-热-湿MPCS-FEM,推导出了力-电-磁-热-湿MPCS-FEM动力学方程,分别采用子空间迭代法和Newmark法,求解了系统结构的自由振动特性及瞬态响应特性,研究了时变湿热载荷作用下磁电弹梯形梁、含孔磁电弹梁和磁电弹传感器的动力学特性,验证了算法的正确性及有效性。最后,基于力-电-磁-热-湿耦合场中功能梯度磁电弹复合材料的基本方程、边界条件及初始条件、自然变分原理及梯度光滑技术,结合力-电-磁-热-湿MPCS-FEM,提出了非均质力-电-磁-热-湿IMPCS-FEM,并推导出了非均质力-电-磁-热-湿IMPCS-FEM动力学方程。通过典型算例,分析了多种指数梯度因子、几何构型、边界条件对功能梯度磁电弹结构动力学特性的影响,验证了算法的正确性及有效性。以上工作表明,MPCS-FEM能够有效地分析力-电-磁-热、力-电-磁-热-湿MP问题,且具有求解精度高、速度快、稳定性强、过程简单、单元质量要求低等优势,在磁电弹智能结构的设计和应用中具有很好的前景和价值。数值计算结果为磁电弹复合材料的实际应用提供了重要的理论依据和数据支撑。