随着科学技术的日新月异,很多以前从未有过的结构功能纳米材料出现在了人们的实践生产生活中。由于制造设备和材料表征技术的限制,使得在研究过程中很难直接观察到材料纳观尺度的裂纹扩展动态行为。晶体相场方法(PFC)是最近10多年发展起来的一种高效的数值计算方法,这种方法可以从原子扩散的时间尺度和空间尺度对材料组织结构的变化进行理论研究。运用晶体相场方法研究材料纳观结构的前沿问题集中在：将外应力作用因素加入到晶体相场模型中,建立有应变和位错动力学理论的PFC模型,将其运用于断裂、蠕变等材料结构失效行为的机理研究中。目前,材料内部裂纹扩展研究已经有了长足的发展,而材料在受到外部动、静载荷应变作用下纳观尺度的疲劳裂纹扩展行为以及纳观裂纹扩展的临界条件、裂纹分叉与系统自由能的内在联系还鲜有研究。鉴于此,本课题将采用晶体相场模型研究材料内部纳观尺度裂纹在单、双轴静载荷和动载荷作用下的裂纹扩展临界应变和临界温度以及裂纹的热疲劳效应,并分析裂纹扩展过程中体系自由能、表面能、裂口相关参数之间的联系,探究裂纹尖端塑性区孔洞连通效应和裂纹解离扩展的内在机理。本研究的主要成果如下：1.结构材料在受到外部应力作用而发生裂纹扩展时,其裂纹扩展方向与外部载荷的加载方向垂直,外载应力小的试样裂纹扩展速率明显滞后于外载应变大的试样。2.外加应变在晶体内部产生的分切应力达到裂纹扩展的临界应力值是发生裂纹扩展的前提条件,在同样的实验条件下单轴静拉伸的裂纹扩展临界应变大于双轴静拉伸作用下裂纹扩展的临界应变,即材料在复杂应力作用下更容易发生断裂失效。3.裂纹扩展对体系温度变化非常敏感,体系温度越低,裂纹扩展晶格阻力越大；体系温度越高,热振动原子数目越多,裂纹扩展越容易。裂纹扩展时体系温度需要高于裂纹扩展临界温度,即裂纹扩展需要满足一定的系统过热度。4.施加动载荷作用后,体系自由能逐渐上升,裂纹尖端塑性区呈现孔洞连通效应和裂纹解离扩展现象。当中心裂口处未发生裂纹萌生和扩展时,外加应变的作用使得材料内部中心裂口处比非裂口缺陷处应变能集中程度高。应变的施加使得缺陷处应变能集中。本研究运用晶体相场法研究材料纳观尺度裂纹扩展行为,得到的理论研究结果与实验相符,对结构功能材料的设计具有重要的指导意义。