确定材料的应力应变关系，特别是复杂加载条件下的本构关系是固体力学最基本而又困难的任务。固体材料或结构在其服役过程中一般会经历弹性、塑性、损伤到破坏的变形阶段。对于不同的变形阶段，涉及不同的本构理论，需要确定不同的模型参数，且不同阶段的本构理论的参数之间往往缺乏联系。在超出弹性范围的复杂变形条件下，变形通常诱发材料的各向异性及对变形历史的依赖性，基于不变量理论的等效方法不再普遍适用。另外，材料和结构的变形常常超出小变形的研究范围。因此，建立一个具有如下特征的本构模型是很有吸引力的：基于材料的实际变形物理机制，包含材料的微结构信息；一致描述材料弹性、塑性、损伤到破坏阶段的力学行为；能处理复杂加载，并反映力学响应对加载路径的依赖性；描述损伤和塑性变形诱导的各向异性；适用于有限变形阶段。材料在外部作用下的变形复杂多样，但控制材料变形的物理机制有限。描述材料力学响应的治本之道在于建立基于微观物理机制的本构模型。基于物理学中的原子间势函数----对泛函势，将材料单元的变形功率描述为对泛函势的变化率。根据Cauchy-Born准则建立微观的原子键的变形和电子云密度变化与宏观变形的关系。进一步，将原子键按方向分组，同一方向上的原子键抽象为一个弹簧束构元；原子嵌入作用抽象为体积构元。从而，建立了一个由弹簧束构元和体积构元组集而成的材料模型。由于损伤实质上是原子键合力的衰弱或丧失，损伤可以通过两种构元的力响应函数反映。组集两种构元的力学响应，推导出弹性损伤本构方程。考虑滑移作为多晶金属材料的主要塑性变形机制，将单晶体的滑移系推广到多晶体，提出了用滑移构元描述材料的塑性变形响应。将总变形分解为弹性变形和塑性变形，结合材料的弹性损伤变形响应和塑性变形响应，得到了弹塑性损伤本构方程。从而，建立了一个由弹簧束构元、体积构元和滑移构元组集而成的模型----构元组集模型。　　 本研究主要内容包括：⑴研究了小变形条件下构元组集模型弹塑性损伤本构关系的迭代算法，实现了材料弹塑性损伤变形响应的计算，并将构元组集模型的弹塑性损伤本构关系嵌入有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT，实现了结构弹塑性损伤变形响应的计算。研究了不同围压下砂浆材料的压缩破坏过程，从材料细观变形角度解释了随着围压增加，材料承载能力和韧性增加的现象。研究了含预制裂纹三点弯曲梁的裂纹扩展问题，并与内聚区模型比较，给出了内聚区模型所假设的应力——位移关系曲线，并从材料损伤演化的角度对结构裂纹扩展过程做出了物理解释。⑴将构元组集模型推广到有限变形情况，基于对泛函势和Cauchy-Born准则，建立了有限变形情况下的弹性损伤本构关系；考虑滑移作为主要的塑性变形机制，类似于晶体塑性理论，利用滑移构元描述材料在有限塑性变形条件下的响应；基于变形梯度可乘法分解为弹性变形梯度和塑性变形梯度，联立弹性损伤本构关系和塑性本构关系，建立了有限变形条件下的弹塑性损伤本构关系。对有限变形条件下本构关系的迭代算法进行了研究，编写了程序，研究了模型参数的标定过程和物理意义。⑶基于滑移构元的硬化规律和包氏效应，描述了屈服面演化过程中的膨胀/收缩、移动和畸变。研究了两种加工硬化铝合金材料在单轴拉伸、纯扭转和拉扭组合比例/非比例加载下后继屈服面和弹性常数的演化。比例加载下，后继屈服面在移动过程中呈现前凸后扁的变形规律，这是由于滑移构元潜在硬化和包氏效应共同作用的结果。非比例加载下，后继屈服面呈现出混合交叉效应，先收缩后膨胀，这是由于滑移构元的随动硬化和各向同性硬化演化规律不同的结果。此外，不同方向上滑移构元临界分解剪切应力作为状态变量，其演化自然地反映了材料塑性变形诱导的各向异性。在此基础上，研究了不同加载路径下后继屈服面之间的等效规律。