相比化石燃料,核能具有能量密度极高、燃料储量丰富等优点,且其能量转化过程对环境污染更小。作为第四代核电技术的重要组成部分,弥散型核燃料在服役过程中反应均匀、温度梯度小,因而能达到更高的燃耗。随着核电站设计服役年限延长,为保证在核电站服役过程中安全稳定地运行,防止灾难性事故发生,需要对弥散型核燃料的断裂行为和失效进行预测。弥散型核燃料的等效弹性性质、辐照肿胀、蠕变等方面的力学性能已受到国内外专家学者较为广泛的关注与研究,然而其在断裂力学方面的研究较少,有待进一步发展。本文以二氧化铀（UO2）增强核级锆合金（Zr-4）基体的燃料芯体为研究对象,应用断裂相场法分别对弥散于燃料芯体中的UO2燃料颗粒和燃料芯体整体进行模拟研究。得到裂纹在燃料颗粒和燃料芯体内部萌生、扩展、连通的全过程以及颗粒开裂内压阈值、芯体开裂临界燃耗。（1）概述板状弥散型核燃料特点、优势以及其在服役过程中断裂行为研究的意义。板状弥散型核燃料芯体本质上为陶瓷燃料颗粒增强金属基复合材料,结合国内外对其断裂力学研究方法的发展现状,提出发展适用于板状弥散型核燃料的断裂相场法,并对其服役过程中裂纹的萌生、扩展以及断裂行为进行模拟研究。（2）考虑燃料颗粒服役环境下受力情况,建立多孔材料断裂的相场理论。经典的断裂相场理论通过引入长度尺度标量7)0以及相场变量(9,将离散的裂纹面转化为弥散的裂纹区域,通过对弹性体求其能量泛函的变分得到相场控制方程和演化方程。在经典相场理论基础上,考虑燃料颗粒因裂变反应导致的复杂气孔分布、较高孔隙内压以及高温引起的热应变,推导多孔材料断裂的相场理论并给出相应的有限元离散形式。（3）基于多孔材料断裂的相场理论,在细观尺度上对二氧化铀（UO2）燃料颗粒进行相场模拟。将不同气孔分布模式（不同密度、不同直径、不同气压以及均布与否）作为影响因素,研究燃料颗粒随着孔隙压力变化,其内部裂纹萌生、扩展的阶段,以获得板状弥散型核燃料服役时UO2燃料颗粒在不同气孔分布模式下内部裂纹萌生时的内压阈值、裂纹扩展形貌以及裂纹扩展路径等断裂参量。（4）基于多孔材料断裂的相场理论,在宏观尺度上对二氧化铀（UO2）增强核级锆合金（Zr-4）基体的燃料芯体进行相场模拟。将不同颗粒分布模式（不同密度、均布与否以及团聚程度）作为影响因素,并考虑总和热应变,即高温导致的热膨胀应变和高燃耗下的辐照肿胀应变,研究陶瓷燃料颗粒中裂纹贯穿进入金属基体中扩展的阶段,以获得板状弥散型核燃料服役时燃料芯体在不同燃料颗粒分布模式下芯体整体裂纹扩展不同阶段时的临界燃耗、裂纹扩展形貌以及裂纹扩展路径等断裂参量。