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随着各航天大国航空航天事业的飞速发展，新型飞行器的飞行速度越来越快，随之带来的是对其热防护结构的更高要求，由此热结构材料的高温力学性能成为热防护系统与飞行器结构设计的重要依据。数字图像相关方法是近年来新兴的一种非接触式变形测量方法，相较于传统的变形测量方法，它具有适用范围广、环境适应性强、操作简单和测量精度高的优点，尤其是在高温实验的测量中具有独特的优势，在实验力学等领域得到了广泛的应用。首先在常温环境下，本文同时采用数字图像相关（DIC）方法和电阻应变片两种方法，分别对高强石墨、C/C复合材料和超高温陶瓷三种热结构材料进行了变形测量实验，得到了三种材料的应力-应变曲线及相关力学性能，同时对数字图像相关测量方法的可行性与准确性进行了对比验证，并分析了子区大小的选择和校准计算对测量误差的影响。为了得到待测材料高温环境下的力学性能，本文将基于数字图像相关技术的Vic-3D测试系统与基于通电加热的高温力学性能测试系统相结合，建立了一套高温环境下的非接触式变形测试系统，并采用此系统进行了一系列的高温力学实验：1）运用DIC方法进行了高强石墨在不同温度下的变形测量实验，得到了高强石墨在1200℃、1600℃、1800℃和1900℃温度下的应力应变曲线，并给出了高强石墨的压缩弹性模量随温度的变化关系；2）运用DIC和引伸计两种方法进行了C/C复合材料在高温下的变形测量实验，得到了C/C复合材料在1400℃温度下的拉伸弹性模量；3）运用DIC和引伸计两种方法进行了超高温陶瓷在高温下的变形测量实验，得到了超高温陶瓷在1600℃温度下的拉伸强度和弹性模量。最后结合实验过程中所发现的散斑质量、热膨胀、材料氧化及光线干扰等影响因素，分别分析了它们对测量实验误差的影响，并提出了解决方案。