以三元合金Cu Al Ni为代表的形状记忆合金在工程领域有着广泛的应用,涵盖航空航天型材、精密医疗仪器、工业机器人、土木工程、市政施工、交通运输等多个领域。形状记忆的核心机制是马氏体相变。但马氏体相变过程中微结构层次复杂,发展速率极快,为其机理研究带来较大的障碍,也在客观上阻碍了马氏体相变材料在相关领域工程应用水平的进一步提升。由于马氏体相变中母相与产相的微结构转变表现出了丰富的尺度层次,因此如能从多个尺度深入探索马氏体相变机理,构建马氏体相变本构,将能够增进对形状记忆合金的理解,提高其工业应用水平。本文使用多尺度方法,对三元合金Cu Al Ni马氏体相变的动力学过程构建了从第一性原理、分子动力学模拟到热力学和宏观相场模拟的一整套跨尺度本构建模方案。即通过第一性原理结构优化取得的构型自由能与孪晶的发展,同分子动力学模拟取得的原子点阵数据表现出的相变微观变形特征融合,经过热力学建模与数学拟合,构建能够用于宏观马氏体相变相场模型的化学势函数。基于这一方案,文中包含三种不同的模拟工作。论文的第二章通过基于第一性原理的晶格结构优化,获得了相变动力学过程中马氏体构型发展与晶格化学自由能涨落的关系。基于第一性原理的密度泛函理论,对不同的非均匀DO3晶格模型的优化计算取得了相变过程中孪晶马氏体构型及其晶格自由能的演化过程。对组分不同的局部晶格模型的分析揭示了宏观材料成分影响相变开启的微观机制为相变初期局部晶格因变形与能量差异而导致的晶格竞争所致。论文第三章构造了用于Cu Al Ni马氏体相变原子模拟的第二近邻修正嵌入势函数,并对温度诱发与应力诱发的Cu Al Ni马氏体相变的动力学过程进行了系统的分子动力学模拟与分析。获得了标志性的孪晶马氏体微结构与马氏体相变滞回曲线,并分析了温度变化率、应变速率、应力速率以及材料成分对微观尺度下马氏体相变的影响。获得的马氏体微结构随驱动的演化数据为研究纳米-微米尺度的相变动力学行为提供了坚实的基础。论文第四章基于前文的数据构建了马氏体相变的宏观非对称化学势函数,并对采用不同化学势函数的宏观马氏体相变动力学过程进行了相场模拟。算例结果的分析揭示了化学势函数对相变模拟结果的影响方式。本章首先以微观尺度下晶格变形为桥梁,将构型自由能与驱动因素联系了起来,并通过热力学建模与数值拟合,取得了可用于相变宏观模拟的非对称化学势函数。随后建立了考虑非线性、弹性各向异性有限变形效应、不等式约束、多序参量等因素的宏观马氏体相变的相场模型与相应的并行有限元计算程序。并对不同的势函数算例进行了系统的有限元数值模拟,获得了相变过程中力学与几何参量的演化数据。通过比对,给出了不同势函数对马氏体相变动力学以及产物的影响。第五章对得到的多算例相场模拟结果中弹性场与相变动力学过程的交互作用进行了深入分析,取得了弹性场同相变动力学演化的耦合方式。以弹性常数与弹性能作为弹性场的表征,通过观察其与微结构演化呈现的多场耦合现象,发现了弹性场演变同相变进程中界面迁动的耦合现象,并将弹性能场中的局部极高弹性能区域以及弹性能梯度形成的边界与特殊组态的相变界面的发展联系了起来。此外,还获得了孪晶变体非对称分化的证据。综上所述,本文通过第一性原理优化计算,分子动力学模拟,以及宏观相场模拟三种不同尺度下的研究工作,成功构建了研究Cu Al Ni马氏体相变动力学过程的多尺度研究工具。过程中取得了三个主要成果,分别为适用于Cu Al Ni马氏体相变分子动力学模拟的第二近邻多体势函数,描述有限温度条件下马氏体相变的宏观非对称化学势函数,以及考虑非线性、弹性各向异性、有限变形效应、不等式约束、多序参量等因素的宏观马氏体相变相场模型与相应的并行有限元计算程序。同时,通过不同尺度下对相变动力学过程的数值模拟,论文还取得了三点同相变机理有关的重要信息,分别为材料成分影响相变开启的微观机制,相变化学势函数对称性的改变对模拟结果的影响方式,以及弹性能与相变微结构发展的交互作用方式。这一多尺度研究物相转变的方案可用于其他材料或相变类型的动力学研究工作。其中构建的第二近邻修正嵌入势函数为三元合金Cu Al Ni马氏体相变的深入微观研究工作提供了基础,非对称化学势的提出则为将温度作为额外的控制参量引入宏观模拟提供了可行的选择。而取得的重要相变机理信息分别为材料成分、化学势以及弹性场影响相变动力学过程的机理性研究工作提供了新的观点。