陶瓷、玻璃等脆性材料已成为日常生活、生产和科学研究领域的重要结构材料。对于脆性材料,抗冲击能力是脆性材料研究领域的重要课题。不同于金属材料通过塑性变形来吸能,脆性材料需要借助裂纹萌生扩展来吸收能量。脆性材料动态断裂过程由裂纹的萌生、扩展、分支以及合并组成,涉及非线性、瞬态模拟等复杂问题,经典断裂力学不再适用。本文引入内聚元方法(Cohesive Element Method)对两相复合脆性材料的动态裂纹扩展情况及动态裂纹扩展吸能进行研究。研究使用由瑞士洛桑高工J.Molinari教授基于内聚元理论开发的裂纹动态扩展模拟程序,对结构内部裂纹产生、扩展过程进行模拟,计算此过程中所吸收的能量。在此基础上,建立了脆性复合材料冲击能量吸收最大化的优化模型,并根据力学原理提出了韧性互换准则法以及改进的遗传算法对上述优化问题进行求解,提高结构的抗冲击能力。本文研究工作如下：1、受贝壳类自然生物材料错列分布特征的启发,本文考虑由两种脆性材料组成的三种不同的错列结构,分析上述错列结构在冲击载荷下的动态断裂,验证了错列分布的优异动态断裂性能。2、在原有裂纹动态扩展模拟程序基础上,本文建立了抗冲击结构的吸能优化模型。以结构网格单元边的断裂韧性为设计变量,以裂纹动态扩展所吸收的能量为目标函数,两种材料体分比和临界裂纹长度为约束函数。提出韧性交换准则法对两相复合脆性材料的韧性分布进行优化,使结构耗能最大。通过两个数值算例,研究了不同应变加载速率下结构优化韧性分布及其吸能,验证材料交换准则的有效性。同时,考察了体分比和临界裂纹长度的变化对优化结果的影响。3、交换准则法在每次迭代中只对一条单元边的断裂韧性进行操作,可能会导致优化效率变低；优化问题复杂,非线性高,准则法不能保证最优解。因此,引入遗传算法同样对上述优化模型进行求解,并对遗传算法进行了改进,将传统的“01”编码改为“12”编码。对比了两种优化算法的优化结果,给出了两种方法的适用范围。综上,本文为脆性复合材料吸能优化设计提供了有益的理论探索和实践方法。