以陶瓷、玻璃、岩石以及部分混凝土为代表的脆性材料通常具有断裂韧性低、内部含有缺陷等特点,在动态加载过程中,脆性固体内部往往发生多点破坏,从破坏起始点开始裂纹快速增长,导致材料发生破碎。另一方面,脆性材料通常具有严重的压缩拉伸强度不对称性,其压缩强度显著高于拉伸强度。在压缩载荷作用下,一旦破坏发生,试件内部存储的巨大弹性应变能瞬间释放,将伴随着多裂纹的同时发展并发生破碎现象。相对于冲击拉伸碎裂问题较为成熟的研究成果,压缩载荷下脆性材料发生动态碎裂的控制因素繁多、碎裂机理多样、数值模拟的挑战性大。本文从实验、理论和数值模拟方面对脆性材料的压缩碎裂过程进行了系统研究。主要研究结果如下:1.选取氧化铝(Al2O3)和碳化硅(Si C)陶瓷作为典型的脆性材料,对其在准静态和冲击压缩载荷作用下的碎裂过程进行了实验研究。实验结果表明:1)在轴向压缩载荷作用下,圆柱型试件的破坏模式以生成沿加载方向的“纵向”裂纹开始,一旦发生贯通的纵向裂纹,试件即发生了纵向劈裂(axial splitting);2)无论是在冲击压缩载荷作用下,还是在准静态压缩载荷作用下,陶瓷固体在破坏之后均发生了瞬间的“爆炸式”破碎(explosive fragmentation);3)氧化铝和碳化硅陶瓷的压缩强度及碎片尺寸均表现出明显的应变率效应:即表观强度随着应变率的提高而增大,而碎片尺寸随着应变率提高而减小;4)通过回收碎裂过程中产生的碎片进行统计分析,获得了碎片的大小分布及平均碎片尺寸的定量结果;5)通过能量考察发现,陶瓷材料在动态碎裂过程中,试样的弹性应变能只有很小一部分转化为断裂能消耗了,大部分在破碎过程中转化为碎片的动能。2.建立了理论分析模型,描述和分析柱形试件的压缩破坏过程和破碎机理,主要工作和结论如下:1)基于准静态压缩破坏与破碎的实验观察,提出了一个“劈裂-膨胀-拉伸碎裂(splitting-expansion-tensile fragmentation)”的碎裂模型,指出在压缩载荷作用下,一旦试件发生纵向劈裂(axial splitting),则劈裂的细长试件柱体在压缩轴力作用下向外膨胀以释放内部储存的压缩弹性能;2)通过能量守恒关系,预估了劈裂试件柱体向外的膨胀速度,与试验观察结果一致;3)研究表明,试件的瞬间“爆炸式”破碎以拉伸破坏为主导,将柱体膨胀速度折算成等效拉伸应变率,根据ZMR关于拉伸碎片尺度公式计算了准静态压缩碎裂过程中产生的碎片的平均尺寸,理论值与实验结果吻合良好;4)进一步,将上述“劈裂-膨胀-拉伸碎裂”模型应用于动态压缩载荷作用的场景,在应用能量守恒关系计算弯曲柱体膨胀速度的分析中,考虑了加载过程中的动能项的贡献,重新计算了动态载荷作用下的碎片尺寸,与实验结果基本一致;5)分析表明,在动态压缩碎裂过程中,冲击载荷附加的试件运动动能对碎片尺寸的影响不大。动态载荷下产生的更为细小的碎片,主要原因是冲击压缩强度由于应变率效应(强度的应变率效应)而提高,从而集聚了更多的弹性应变能,在后续的碎裂过程中产生更小尺寸的碎片(碎片尺寸的应变率效应)。3.采用3D离散单元法进行了圆柱型脆性材料压缩破坏/破碎的数值模拟。数值分析表明:1)脆性材料的表观压缩强度及碎片平均速度均呈现明显应变率效应;2)圆柱试件的压缩破碎过程均有明显区域梯度特征,试件外侧区域的碎片飞散速度最大,沿内部中心区域碎片飞散速度单调下降;3)分析了试件在“压缩-破坏-破碎”过程中的能量转换关系,通过能量守恒条件对碎片的平均飞散速度进行了预测。4.作为脆性压缩破坏和结构完整性对于结构强度影响的研究的一部分,实验研究了聚脲涂层包覆的圆柱形混凝土试件在准静态和动态落锤压缩下的破坏过程,以及相应的吸能特性。实验结果表明:1)混凝土试样的抗压强度存在明显的应变率硬化效应,有无聚脲包覆混凝土的抗压强度无显著差异;2)有无聚脲包覆混凝土后期承压特性差异明显,无聚脲包覆混凝土在很小的应变范围内承载力迅速丧失,而聚脲包覆混凝土仍然可以在一个很大的压缩范围内承受一定载荷;3)冲击压缩下,聚脲包覆混凝土的压缩吸能效果远远优于无聚脲包覆混凝土。