脆性材料在载荷作用下仅发生很小的变形就破坏,并伴随裂纹扩展,应力应变曲线表现为线性段后存在非线性段,这类脆性材料是本文的主要研究对象。脆性材料破坏是材料由连续体向不连续体转变的过程,本文将引入近场动力学理论对脆性材料破坏的这一过程进行研究。近场动力学理论(Peridynamics,PD)是基于非局部思想的新固体力学理论,其具有积分形式的运动方程,不需材料的连续性假设,可分析连续问题也可分析不连续性问题;其数值计算方法具有无网格的优点,不需网格划分及网格重构。近场动力学理论在脆性材料破坏机理的研究内容及成果如下:(1)脆性材料的近场动力学理论模型的构建,该理论模型包括基本理论、本构力函数、数值计算方法。基于“键”的近场动力学作为该理论模型的基本理论,其是通过构“键”的方式描述材料内部的本构关系。根据脆性材料破坏的线性和非线性力学行为,在微弹脆性PMB材料线性的本构力函数基础上,引入非线性损伤变量,将键的变形过程分为线弹性变形、非线性损伤变形、断裂三个阶段,构建了该理论模型中脆性材料线性和非线性的本构力函数及其相关参数。立方晶格积分法CCI作为该理论模型的数值计算方法。通过含缺陷类岩材料结构破坏的数值求解与试样试验对比,结果表明该理论模型可行。(2)脆性材料破坏的微观裂纹(微裂纹)和宏观裂纹扩展规律分析。微裂纹扩展是描述一个键变形引起内部潜在的微裂纹萌生和扩展,最后断裂形成宏观缺陷的过程。基于键变形过程中变形能密度和损伤释放能密度的能量关系,提出了微裂纹扩展能量准则,用于描述其萌生、稳定扩展、临界失稳扩展、失稳扩展、愈合、宏观缺陷形成的过程。通过含缺陷板的微裂纹扩展分析,结果表明该准则充分地描述了微裂纹的扩展过程。宏观裂纹扩展是描述数个断裂键(宏观缺陷)串联汇合的过程。基于能量释放速率曲线,提出了I型和复合型宏观裂纹扩展条件,用于判断宏观裂纹形核、分叉、止裂的扩展状态。通过含缺陷板和球体的宏观裂纹扩展分析,结果表明该宏观裂纹扩展条件准确地判断了裂纹扩展状态。(3)脆性材料破坏的模拟仿真软件开发及应用。基于脆性材料的近场动力学理论模型、裂纹扩展规律,开发了可用于脆性材料破坏模拟仿真的分析软件。该软件由建模模块和求解器模块组成,可多种结构建模、多工况条件求解。并应用于复杂结构、复合材料结构、含缺陷结构的破坏分析,研究其破坏规律及特征。本文研究的理论模型、裂纹扩展规律、软件,可为脆性材料的破坏分析、结构优化设计提供了新的理论分析方法和工具。