金属材料中,位错发射行为在空洞生长和裂纹扩展过程中起着重要作用,一直是材料断裂研究的关注热点。虽然已经有许多工作在原子尺度上研究了裂纹扩展和裂纹发射位错的机理,但是在原子层次上揭示外加应力应变作用下裂纹发射楔形空隙的机理仍十分缺乏。最新提出的晶体相场模型能够在扩散时间尺度和原子空间分辨尺度上揭示材料微结构的动力学演化行为,它已在晶界预熔、晶界位错运动、晶体外延生长等方面取得了显著的研究成果,但是用晶体相场模型研究空洞处裂纹发射位错这一方面的工作还少有报道。因此,本文采用晶体相场模型研究微空洞的裂纹扩展与位错发射行为,分别对单个空洞和多个空洞的情况进行模拟实验和分析。本文的创新工作主要体现在利用先进的晶体相场模型进行模拟实验,并建立裂尖发射空隙位错的能量模型,从能量的角度揭示裂纹扩展和位错发射行为的机理。该研究取得了如下重要结果和结论:（1）在外加应变作用下,裂纹扩展过程中裂尖部分会发生拦腰截断,截断的裂尖与主裂纹分开,截断的裂尖看作是发射楔形空隙位错复合体,裂纹发生钝化。钝裂尖通过位错形成台阶结构生长出锐裂尖,通过裂尖发射位错,由锐裂尖转变为钝裂尖。位错的存在导致韧脆转变,与实验的观察和分子动力学模拟得到的结果相一致。（2）从能量的角度分析裂纹发射位错前后的体系能量变化,建立的能量模型与晶体相场模型的模拟实验结果较好地吻合,揭示出空洞处裂纹发射位错的微观机理和物理本质。（3）不同的晶列取向角会影响空洞处裂纹的萌生与扩展模式,在0°时空洞处萌生的裂纹是钝裂纹,主要呈韧性扩展模式;在10°时空洞处萌生的裂纹是锐裂纹,主要呈脆性扩展模式,在裂纹扩展过程中发射位错,出现了韧脆转变。（4）在单轴拉伸应变作用下,多个空洞同样会发生裂纹的萌生与扩展,而且也会在裂纹扩展过程中发生位错发射的现象。对比单个空洞的情况,多空洞的裂纹发射位错的情况更复杂。（5）在应变条件下,多个空洞会萌生裂纹和发射位错,由于空洞与空洞之间的相互作用,在空洞四周形成多组晶界位错对,从而在多空洞之间的区域产生了若干纳米晶粒。以上主要结果和结论,可以为三维裂纹位错发射以及对断裂失效行为的研究提供一定的指导作用,有助于从原子尺度理解裂纹扩展与位错发射的演化过程和成因;有助于探究裂纹发射位错的原子演化过程的能量释放特征,以揭示裂纹发射位错的微观机理;有助于从原子尺度观察研究缺陷（空洞、裂纹、位错）之间的相互作用过程,揭示其潜在的微观机理;从能量的角度,建立裂纹发射楔形空隙位错复合体的数学物理模型,提出了裂纹发射楔形空隙位错复合体的新机制,为实验研究提供一定的参考价值,具有一定的科学指导意义。