TiAl合金具有低密度、高比强度、高比刚度以及良好的耐热性等优异特性,成为航空航天、汽车工业等领域最具潜力的轻质高温合金。由于TiAl合金的断裂韧性低,低应力瞬断是结构失效的重要形式。完善和发展TiAl合金的力学行为模型,提高结构裂纹扩展预测能力对结构设计和零部件寿命评估具有重要意义。微观到细观尺度下TiAl合金裂纹扩展行为涉及的物理机制较为复杂,既存在裂纹扩展的层间断裂机制,又存在跨片层断裂机制,目前尚有一些新的断裂机制假说有待验证,亟待建立一种可以系统描述TiAl合金裂纹扩展行为的数值模拟方法。本文构建了适用于TiAl合金微观-细观裂纹扩展行为的多尺度计算框架,研究了微观尺度下TiAl合金裂纹扩展行为和机理,通过多尺度模型将TiAl合金微观裂纹扩展行为和细观裂纹扩展行为统一起来,为宏观尺度上预测结构寿命提供了工作基础。本文完成了以下具体工作:1.基于断裂力学理论建立了TiAl合金界面裂纹扩展行为的力学模型,推导了微观界面断裂过程中的能量关系。实现了以能量释放率G_I和内聚力模型的T-S关系为作为桥梁衔接微观尺度和细观尺度的裂纹扩展行为,构建了适用于TiAl合金的界面裂纹扩展行为的多尺度计算框架。通过结合使用分子动力学方法和有限元方法,本文构建的计算框架能通过分子动力学模拟研究裂纹形核和扩展的微观机制,同时能利用基于内聚力模型的有限元方法描述细观裂纹扩展行为。2.利用本文建立的计算框架计算了TiAl合金中γ/γ界面,α₂/γ界面的断裂特性,分析了其微观断裂机制。针对双晶体界面断裂问题,使用分子动力学方法模拟了上述两种界面在典型张开型（I型）开裂条件下的裂纹扩展行为,分析了裂纹扩展过程中的缺陷演化、能量变化以及应力分布现象。提取了原子模拟中的能量释放率、界面T-S关系以及其它内聚力模型参数。作为算例,在有限元数值计算软件ABAQUS中分别模拟了双晶γ/γ界面和单相多晶TiAl合金的裂纹扩展行为。3.研究了双相（α₂+γ）多晶TiAl合金断裂机制和裂纹扩展行为。建立了微观尺度的双相多晶TiAl合金模型,模拟了单轴拉伸载荷下多晶变形行为,分析了不同界面在载荷下的响应,讨论了多晶体内部孔洞缺陷的位置、尺寸等因素对其力学性能的影响,验证了有限元模拟结果中多晶断裂机制的正确性。