镍基高温合金是航空发动机热端及冷端的关键性结构材料,在生产制造过程中,无法避免的存在微缺陷和裂纹,因此,从原子尺度研究断裂理论有重要的实际工程意义。本文应用分子动力学方法,模拟了含半椭圆表面裂纹Ni单晶块体在单轴拉伸载荷下的力学性能及断裂行为,并研究了其约束效应和尺寸效应。包含以下主要内容:(1)含半椭圆表面裂纹纳米Ni单晶的单轴拉伸载荷的力学性能及力学行为分析半椭圆表面裂纹的存在会降低材料的屈服强度;裂纹扩展的过程中,裂纹会会由初始的半椭圆会变尖为三角形,与传统的裂纹钝化不同,并从晶体学理论做出了解释;研究了加载速率的影响。发现在1-100m/s的加载速率范围内,越低的加载速率,材料会有越好的塑性性能。(2)含半椭圆表面裂纹纳米Ni单晶的约束效应在x-z方向周期及x-z方向约束的边界下,材料对裂纹的敏感性明显增加,随着应变的增大,裂纹深度与裂纹宽度会明显增大,其中在x-z方向约束的边界下,裂纹沿滑移面扩展,最终导致断裂;对于x-z方向周期的边界,裂纹沿z方向扩展,相邻裂纹汇合导致最终断裂。但在其它边界下的影响不大。(3)含半椭圆表面裂纹纳米Ni单晶的尺寸效应增大裂纹的宽度或深度,会降低材料的屈服强度,弹性模量保持不变,塑性有所降低,但位错的产生及运动情况与初始试样基本一致。增大试样的宽度或厚度,材料的屈服强度与弹性模量同时增加,且增加幅度相同,材料塑性没有明显变化。