动态断裂是一把双刃剑,一方面裂纹失稳扩展是危险的结构失效模式,另一方面通过控制和引导裂纹扩展又是工程中最有效、快速的结构分离模式,在飞行器救生、页岩水力压裂体积改造、材料切割加工、防爆结构设计等工程中有着广泛的需求。数值模拟是揭示复杂条件下动态裂纹扩展规律的重要工具,但其也是目前计算固体力学面临的挑战性问题之一:首先,难以对动态断裂中出现的裂纹扩展方式给出普适的断裂准则;其次,仍难以描述动态断裂过程中热传导、塑性流动等复杂物理过程的耦合作用;另外,动态裂纹的相互作用结果描述也是尚未完全解决的难题。近年来,扩展有限元方法及相场方法在处理局部变形、断裂等复杂力学问题的研究中得到广泛应用。其中扩展有限元方法是通过引入扩充形函数对裂纹位移场进行更精确描述,而相场方法则是把裂纹看成弥散界面,引入序参量对界面附近材料损伤情况进行描述,两种方法虽然都基于断裂力学理论,但对裂纹的描述上又有不同之处。本文通过发展扩展有限元方法及相场方法,建立多场耦合动态断裂数值模拟方法研究复杂条件下动态裂纹扩展规律:基于扩展有限元方法,发展流-固-热耦合下的断裂模拟方法,用于座舱盖穿盖弹射救生设计,页岩水力压裂体积改造;基于相场模型,发展弹塑性动态断裂模拟方法,揭示Kalthoff试验中金属动态断裂的脆韧转变,模拟铝环受内爆载荷的断裂规律,研究结果用于指导防爆金属结构的设计。