冲击相变是材料在高应变率加载下的重要响应特征之一,冲击相变演化机理研究在基础理论、工业生产等领域均具有重要的科学价值和应用前景。相场方法是研究材料微结构演化的有力工具之一,由于相场方法描述界面的便利性,本文旨在发展高应变率加载下的相场方法研究铁基材料冲击相变微结构演化机理。本文以熵泛函为基础导出热力学一致性的相场控制方程组,采用扩散型界面,以实现对界面的自动追踪。引入密度梯度项及序参量来表征材料的不同相,模拟材料在冲击波加载过程产生高温、高压与高应变率等极端物理条件下而发生的软化、相变等现象。根据守恒定理以及熵增原则,建立了金属介质中冲击波加载的相变演化方程。采用高精度有限差分格式将推导出的相场模型进行离散,引入人工粘性,明确定解条件及局部阈值条件,利用Intel Visual Fortran语言编制求解程序,最终得到相场模型的数值解。结合已有实验数据和理论解对比分析,热力学量的数值计算值与理论解吻合得较好,说明所发展的相场模型能够较真实的模拟强冲击波在介质中的传播过程。在此基础上,研究了铁基合金在一维强冲击波作用下的?多形性相变的过程及规律。方程的数值解可得压力、密度、粒子速度、值以及内能的时空分布,并得到铁的冲击Hugoniot曲线,数值解与实验值吻合得较好,并进一步分析了波与相变的耦合作用,通过分析数值模拟结果显示,铁的相变压力与室温静压下的相变压力有所降低,体现了强冲击波加载的温升效应。在不同压力加载条件下跟踪各单元的压力和密度的变化,可以得到当冲击波压力小于相变压力阈值时,介质内波形为单波;随着冲击压力增大(粒子速度也变大)至超过相变压力阈值,相变波出现,介质内呈现典型的双波结构;若冲击压力继续增大,相变波将与冲击波合二为一。同时研究了相变弛豫时间并与实验数据进行了对比。上述现象及结果均与实验值吻合较好,说明所建立的相场模型是成功的。所发展的铁冲击相变相场模型有助于理解金属材料在强冲击波作用下的微结构演化过程。此外还研究了粘性系数、界面参数等对冲击波传播及相变界面的影响。结果表明各项参数均与界面密切相关,在一定条件下合理取值,所建立的相场模型才能够很好地模拟金属中的冲击相变演化过程。