由于材料老化、破损以及外部环境急剧的变化,机械构件在工作过程中容易产生断裂现象。断裂是材料主要的失效模式之一,裂纹存在会大大降低了工程构件的力学性能,甚至对人们的财产和生命安全构成严重威胁。当机械构件产生裂纹,如果不采取有效的控制措施,裂纹在扩展过程中极有可能破坏机械设备中重要的精密区域或者关键的工艺结构,加速设备的失效。因此,在工程构件无法及时更换情况下,研究裂纹扩展的控制方法对保证机械设备正常工作,减缓设备的失效具有重大意义。本文借助ABAQUS仿真平台,基于优化算法理论以及裂纹路径图像识别方法,通过在模型中优化出最佳的孔洞排布方式实现裂纹扩展控制,从而将裂纹控制问题转变为结构优化问题,具体的工作内容如下:(1)结合优化算法搭建优化模型,引入单目标以及多目标优化算法求解单、多裂纹的路径控制问题。采用Ramberg-Osgood应力应变本构关系分析弹塑性断裂模式,并结合有限元软件ABAQUS的扩展有限元求解器,实现裂纹孔洞模型的数值仿真。(2)为了提高裂纹孔洞模型分析计算的准确性,本文通过脚本文件对ABAQUS进行二次开发,利用结构化技术提出复杂多孔模型网格单元的自动划分方法。(3)为了解决裂纹路径在后处理中难以量化的问题,本文提出了一种基于图像识别下的裂纹路径坐标提取方案,该方案采用阈值分割算法提取仿真结果文件中裂纹图像的路径像素点,并根据不同裂纹间不连续特性对多裂纹像素点分类,通过坐标转换原理获得像素点对应的物理坐标。利用测试图像对裂纹路径图像识别方案检测,并验证了该方案在裂纹坐标提取中的精准性。(4)为了实现基于图像识别的裂纹控制方法的闭环优化,本文结合ABAQUS图形界面工具与二次开发工具包设计了操作简单、直观的用户界面。该软件是运行在ABAQUS/CAE环境下的插件,能够根据用户需求提供不同问题的裂纹控制方案。同时,利用开发的软件对二维、三维下的单裂纹以及多裂纹算例进行控制效果测试,结果表明开发的软件所提供的孔洞排布方案能够有效的控制单、多裂纹的扩展,成功避免对模型中关键区域和结构的破坏。