梯度复合材料是一种新型的复合材料,相比于传统复合材料,其组成及性能均呈现空间连续变化的特性,具有更加优异的热力学性能以及高度的可设计性,因而在航空航天、能源机械工程等军用民用领域得到了广泛的使用。随着梯度复合材料所扮演角色的愈发重要性,关于其断裂性能的研究就显得愈发必要。材料在生产使用过程中会不可避免得出现裂纹的萌生以及扩展,深入研究这些裂纹的扩展机制并根据材料自身的特性从制备端着手将裂纹对材料性能的危害降至最低,对于梯度复合材料的优化研究具有重要的现实意义。本文基于扩展单元法,研究了含梯度复合材料断裂特性中的裂纹扩展路径及裂纹起裂载荷,探讨了裂纹路径和起裂载荷的影响规律及控制机制。文中首先介绍了功能梯度材料的研究背景与意义及其制备与性能评价方法,归纳了其断裂特性中应力强度因子的计算、裂纹的扩展判据以及裂纹连续扩展方面的研究概况。接着详细阐述了扩展有限元以及交互式积分的理论基础,给出了结合交互式积分计算应力强度因子的可选辅助场,并给出了本文中计算材料等效参数的方法,以及裂纹扩展时可能会用到的各种扩展判据。通过编写UEL子程序模拟了裂纹的扩展路径并计算了起裂载荷,讨论了组分杨氏模量比和梯度指数等梯度参数对裂纹路径和起裂载荷的影响规律,并结合一系列算例证明了梯度复合材料中裂纹扩展路径及起裂载荷与均匀材料的不同,验证了通过控制组分属性梯度分布可控地改善梯度复合材料断裂特性的可能性。