NiTi合金是典型的形状记忆合金,拥有多相态复杂转变、温度/组分/应力敏感性以及紧密的宏微观联系特性,它的发现加速了形状记忆合金在生物医疗、地震防护和航空航天等工程中的推广应用并取得诸多进展。NiTi合金在准静态下奥氏体（?）马氏体相变相关的形状记忆效应和超弹性相关的热力学性能等已被广泛研究,拉压不对称性、“lüders”变形以及通过应变玻璃态（?）马氏体相变扩展的形状记忆效应和超弹性也得到了深入研究。然而仍存在实验和理论计算对NiTi合金常温马氏体稳定相的判定并不一致的问题。另外,瞬态强冲击等效载荷（鸟类、空间碎片、微陨石等）下NiTi合金的动力学研究主要围绕高应变率下是否会发生奥氏体→马氏体相变这一争议开展,对于NiTi合金在高应变率加载下的塑性变形、损伤机制涉及甚少。因此开展相关研究具有重要科学意义,同时有利于NiTi合金关键部件（航空致动器、卫星和太空飞行器的保护结构等）在极端环境下的安全设计和服役。围绕上述问题,本文首先研究实验和理论计算中确定的NiTi合金马氏体稳定相不一致的问题,基于已有的文献分析归纳目前学界对这一争议给出的解释,针对这些解释的局限性进一步猜测造成这一争议的其它可能因素,借助第一性原理密度泛函理论给出实验上NiTi合金马氏体相稳定相B19’存在的普适性解释。然后在了解准静态下NiTi合金的力学响应和微观变形机理的基础上,进一步开展极端条件冲击载荷下的NiTi合金动力学行为研究,利用常规显微表征手段如EBSD（Electron Backscattered Diffraction）等分析提取冲击加载压缩阶段和拉伸阶段回收样品的微结构特征,并在非平衡分子动力学冲击加载模拟中捕获/再现这些微结构特征以分析它们的产生、演化机制,进而研究NiTi合金在极端条件冲击加载压缩阶段和拉伸阶段的塑性形变和层裂损伤机制。本论文的主要结论与创新点如下:（1）基于Waitz[1-3]等人在完全非晶化NiTi合金退火后通过化学方法制备的样品中发现（001）马氏体孪晶的高分辨率透射电镜实验结果,我们采用密度泛函理论方法确定了实验中NiTi合金（001）马氏体孪晶界面的具体结构—TSC-1（twinned supercell-1）对应的孪晶界面。基于B19’单斜晶格构成的（001）孪晶与B33晶格具有结构相似性的认识,建立模型并采用微扰弹性带方法预测了从含（001）马氏体孪晶界面的TSC-1到B33结构的最小能量相转换路径及两者之间存在的势垒（～4 meV/atom）。（001）马氏体孪晶界面不仅可以为马氏体形变提供额外的应变,而且还可以促进能量相对于B33相更高的B19’相在实验中稳定存在。（2）对基于磁驱动加载装置CQ-4的NiTi合金冲击压缩实验的回收样品进行显微表征分析,初始相为奥氏体相的近等原子比NiTi合金在冲击压缩（应变率＞104s-1）下可能未发生奥氏体→马氏体相变,且其塑性变形模式以位错滑移、机械孪生和再结晶等为主,并发现了 {112}奥氏体孪晶和新晶粒存在的证据。利用非平衡分子动力学模拟方法开展柱状多晶NiTi合金的冲击压缩模拟,捕获/重现了实验回收样品中观察得到的NiTi合金主要塑性变形特征。进而阐述了冲击载荷下{112}奥氏体孪晶和新晶粒的产生和演化机制,即{112}奥氏体孪晶通过在（211）平面上连续滑动a/3[111]的位移形成;在极高应变率的冲击载荷下,新晶粒由晶粒两侧不同类型晶界处均发生纳米级集体理想剪切事件纳米级导致的旋转变形形成。（3）基于磁驱动加载装置CQ-4开展了 NiTi合金冲击加载层裂实验,对回收样品的显微表征分析结果揭示了低速冲击加载下NiTi合金层裂区域的塑性变形机制以再结晶为主,且随着冲击速度的增加,层裂区域再结晶的趋势增加而形成孪晶的趋势减弱。通过非平衡分子动力学模拟方法研究了高应变率下纳米多晶NiTi合金的冲击拉伸层裂特征,根据时间-位置-密度云图以及密度和速度剖面的拐点特征,识别出纳米多晶NiTi合金的三种层裂模式,经典层裂、多层层裂和微层裂。通过对层裂区域的热力路径分析、径向分布函数（rdial distribution function,RDF）分析和 Voronoi 多面体（voronoi tessellation,VT）分析,进一步研究了纳米多晶NiTi合金不同层裂模式对应的微观损伤机制,并半定量给出了不同层裂模式之间的临界冲击加载速度。提高初始环境温度将导致纳米多晶NiTi的层裂强度降低,这归因于初始环境温度对层裂区域热力学路径和晶界扩散速率的影响。