金属材料中的溶质氢原子会削弱材料的力学性能,导致灾难性破坏和事故。随着核工业、海洋工业等工业中氢腐蚀问题的出现,以及氢能源作为清洁能源受到越来越多的关注,对氢脆现象的研究具有重要的实用价值。此外,对氢脆现象微观机制的研究有助于理解溶质氢原子对材料强化行为、塑性行为以及断裂行为的影响,具有重要的理论意义。现代氢脆研究认为,溶质氢原子与金属材料中各种缺陷之间的相互作用是导致氢脆现象的重要因素。在弹性力学框架下,借助于细观力学及Eshelby夹杂模型,将溶质氢原子模拟成线膨胀（二维情形）或点膨胀（三维情形）,本文深入研究了溶质氢原子与材料中位错（线缺陷）、第二相/裂纹/孔洞（体缺陷）和双材料界面（面缺陷）之间的长程相互作用,探究了导致氢脆的可能的微细观机制。本文主要的研究内容及创新性工作包括:（1）基于弹性力学平面问题的复变函数表示法,获得了无限大二维基体内圆形第二相附近溶质氢原子产生的应力场。通过对溶质氢浓度分布方程以及溶质氢气团作用在刃型位错上的切应力的数值计算,详细研究了溶质氢原子对圆形第二相与刃型位错之间相互作用的影响。结果表明:比基体软的第二相对溶质氢原子有吸引的作用力,而比基体硬的第二相对溶质氢原子有排斥的作用力;第二相与刃型位错之间的弹性相互作用受到它们之间的溶质氢气团的屏蔽作用,这表明溶质氢原子会削弱金属材料中广泛存在的第二相强化。（2）基于共形映射方法和弹性力学平面问题的复变函数表示法,获得了无限大二维基体内椭圆形孔洞附近溶质氢原子产生的应力场,进而得到了溶质氢原子在有限长尖裂纹裂尖处产生的应力强度因子。通过对溶质氢浓度分布方程以及溶质氢气团作用在尖裂纹裂尖处的应力强度因子的数值计算,深入研究了溶质氢原子对有限长尖裂纹以及尖裂纹与刃型位错之间相互作用的影响。结果表明:溶质氢原子对裂纹尖端是否有屏蔽或反屏蔽效应取决于溶质氢原子的位置;聚集在裂纹尖端前方区域的溶质氢气团对裂纹尖端有反屏蔽效应,并且会削弱刃型位错对裂纹尖端的屏蔽效应,导致裂尖处的有效应力强度因子大于施加的应力强度因子,从而使裂纹更易发生脆性扩展。根据这些结果,本文提出了一种新的氢脆机制,称之为氢反屏蔽裂纹机制。（3）通过将溶质氢原子产生的影响作为特征应变加入到弹性力学本构方程,并将双材料界面上的微结构等效为集中扩散源、集中力和集中位错,基于矢量函数系的级数变换法,深入探究了溶质氢原子与横观各向同性双材料界面之间的相互作用。结果表明:双材料界面附近具有较高的溶质氢浓度;溶质氢改变了双材料界面附近局部的应力状态;双材料界面两侧的应力场、位移场和溶质氢浓度场具有不同的分布。这些结论有助于理解双材料界面附近溶质氢导致的腐蚀和损伤。（4）考虑到连续性描述需要假设很高的初始氢浓度,而真实材料中溶质氢浓度非常低,基于统计力学框架,发展了溶质氢气团的三维离散性描述。通过Monte Carlo模拟方法,获得溶质氢气团的离散稳态分布,深入研究了溶质氢原子与有限大弹性球体中球形孔洞之间的相互作用,分析了温度对溶质氢稳态分布的影响。结果表明:在低温下,溶质氢系统最终达到亚稳定平衡态,并且溶质氢原子倾向于在自由表面附近形成溶质团簇;在较高温度下,溶质氢原子倾向于均匀分布,这表明温度对溶质氢的分布具有重要的影响。该项工作为进一步在离散性描述框架下探究溶质氢原子与金属材料中各种缺陷的相互作用奠定了重要的基础。