高温和氢环境是两种典型的材料极端服役环境。材料在高温、氢环境下的力学行为是极端环境力学研究领域的重要科学问题。材料在高温、氢环境下的宏观力学行为源于其微细观尺度下的变形机制。在微细观尺度下,材料的塑性变形和损伤取决于其内部不同维度缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷等）的运动、演化和相互作用。定量刻画微细观尺度下不同维度缺陷间的相互作用及其演化是深刻揭示和研究材料力学行为的有效途径,具有重要的理论意义。为此,本文分别针对高温、氢环境下材料内部不同维度缺陷间的相互作用开展了研究,并详细分析了这些相互作用对材料力学行为的影响。本文的主要研究内容和结果如下:（1）基于二维离散位错动力学和空位扩散动力学,发展了一套包含空位扩散和位错运动的多维缺陷耦合动力学计算框架,模拟了高温下单晶和双晶铝微柱的压缩蠕变行为,揭示了其背后的位错-空位相互作用机制。该计算框架包括离散位错动力学计算模块、空位扩散计算模块和有限元计算模块,通过计算模块间物理量的传递,实现了位错运动和空位运动的耦合。基于该耦合框架,本文对单晶和双晶铝微柱在高温环境下的压缩蠕变变形进行了计算模拟,计算结果表明:在高温下,不同的蠕变应力将导致不同的稳态蠕变率,其对应的蠕变主导机制也不同;在高应力水平下,蠕变应变率随微柱直径的增大而增大,呈现出强烈的尺度效应。（2）针对充氢后的多晶镍,通过纳米压痕实验,测量了多晶镍晶界附近的力学响应,研究了未充氢和充氢两种情形下“压头-晶界距离”对多晶镍压痕硬度的影响。实验结果表明:随着压头-晶界距离的减小,充氢和未充氢情形下的压痕硬度都会显著增加;与未充氢情形相比,充氢后多晶镍的突变载荷（Pop-in load）明显下降,但晶界附近的压痕硬度显著增大。在此基础上,通过对压痕区域内几何必需位错的理论分析,提出了位错-晶界相互作用模型。理论分析表明:压痕硬度随着压头距晶界距离的减小而显著增大;在充氢情形下,氢在晶界的偏析引起位错穿透晶界的能垒明显增大,导致晶界附近压痕硬度增加。理论模型分析结果与纳米压痕实验显示出良好的一致性。（3）借助于纳米压痕实验,研究了未充氢和充氢两种情形下单晶铁的纳米压痕力学响应,揭示了氢对压痕突变载荷和单晶铁硬度的影响。纳米压痕的实验结果表明:充氢后单晶铁的突变（Pop-in）载荷和压痕硬度明显降低,可恢复弹性深度增加。发展了一套包含氢效应的三维离散位错动力学方法,利用该方法,对单个位错环的运动、形核、位错间相互作用以及单晶铁的纳米压痕过程等进行了计算模拟,结果表明:氢可以促进位错形核和运动;另一方面,氢也能增强位错间的短程作用,两者之间存在相互竞争。通过对比纳米压痕实验结果和三维离散位错动力学模拟结果,我们发现:在单晶铁中,氢促进位错形核和运动机制占优。