Nb3Sn超导体在磁约束核聚变以及高能物理超导磁体领域有着广泛的应用需求。Nb3Sn超导体临界性能的应变效应是强磁场超导磁体领域中重要的研究课题。Nb3Sn超导体的超导临界性能对应力和应变极其敏感,当承受外载作用时,超导性能随之变化,当超导体承受的应变超过其不可逆应变极限时会产生裂纹,导致超导临界性能大幅下降,进而诱发失超。研究Nb3Sn超导体的损伤断裂行为对于揭示超导临界性能弱化背后的力学机制以及超导磁体装备的安全设计具有重要的作用。本文采用分子动力学模拟方法,基于Nb3Sn晶体结构的实验观测结果,建立了Nb3Sn单晶模型,通过计算Nb3Sn单晶的弹性常数以及晶格常数,与第一性原理的模拟结果进行比较,验证了经验势函数的可靠性。在此基础上,对极低温区下不含微裂纹和含中心微裂纹的Nb3Sn单晶在拉伸载荷作用下的断裂机制与裂纹扩展行为以及其应变率效应进行了研究,通过晶体结构演化图和原子应力云图分析表明:不含微裂纹和含中心微裂纹的Nb3Sn单晶均发生脆性断裂,不含微裂纹的Nb3Sn单晶是滑移带上的位错塞积导致应力集中引起断裂,含中心微裂纹的Nb3Sn单晶则是裂纹尖端位错塞积导致应力集中引起断裂;应变率变化对Nb3Sn单晶的弹性变形行为几乎没有影响,随着应变率的增大,Nb3Sn单晶表现出不同的断裂机制,低应变率下表现为脆性断裂,而高应变率下表现为韧性断裂;对于含中心微裂纹的Nb3Sn单晶,在低应变率下裂纹自身扩展导致其发生断裂,而高应变率下裂纹尖端发射的位错是其发生断裂的主要原因。基于上述的Nb3Sn单晶模型,建立了不含微裂纹和含中心微裂纹的Nb/Nb3Sn复合超导体计算模型,从微观角度探讨Nb基体的断裂过程以及在Nb基体作用下不含微裂纹和含中心微裂纹的Nb3Sn单晶的断裂机制与裂纹扩展行为。研究表明:不含微裂纹和含中心微裂纹的Nb/Nb3Sn单晶中,Nb基体在断裂过程都会有相变和层错产生,层错交割引发Nb基体发生断裂;在Nb基体作用下,不含微裂纹和含中心微裂纹的Nb3Sn单晶均发生韧性断裂,但是裂纹扩展行为表现出了差异,不含微裂纹的Nb3Sn单晶是由于多个滑移带交汇后应力集中引起Nb3Sn单晶发生断裂;而含中心微裂纹的Nb3Sn单晶由于位错的发射使得裂纹尖端发生钝化,裂纹缓慢扩展发生断裂。微观模拟获得的裂纹扩展结果为揭示具有复杂结构特征的Nb3Sn超导体的力学及力电耦合背后的物理机理提供了一定的参考,也有助于高应变耐受性超导材料的制备和开发,本文研究结果为发展实用超导体中裂纹的多尺度扩展模型奠定了一定的基础,同时为工程超导体断裂特征的解释提供参考。