高速、断续切削载荷作用下的铣刀,其结构内部具有较高的应变速率,铣刀安全性和损伤问题具有隐蔽性和突发性,已成为制约高速铣削效率提高的瓶颈,铣刀安全行为的科学实质有待揭示。因此,研究高速铣刀安全性跨尺度设计方法及波动力学损伤特性,具有学术价值和实际意义。针对高速铣刀铣削过程中的不均匀磨损问题,研究了受迫振动对各刀齿切削接触关系的影响,建立了反映受迫振动作用下刀齿摩擦副接触状态模型,为铣刀安全性和损伤研究提供了原型刀具。依据分子动力学和连续介质力学的交叠带模型,提出了高速铣刀跨尺度关联方法,建立了原子群模型,通过高速铣刀组件力学性能实验验证构型的准确性,利用不同性质与水平的载荷验证介观原子群运动对宏观结构变形的敏感性。基于高速铣刀宏介观安全性表征和跨尺度关联的基础,建立了铣刀安全性熵值模型,定量描述原子运动状态和介观安全性,利用铣刀安全性的跨尺度响应特性,揭示铣刀宏介观设计域之间的内在联系,采用公理设计方法实现了高速铣刀宏介观结构层次的跨尺度关联性设计。通过分析结构内部波动力学载荷激励和在宏介观结构层次的传播特点,获得了宏介观载荷的传递规律,分析了铣刀结构损伤的宏介观特征。利用霍普金森压杆实验验证波动力学载荷在结构内部传递带来的宏观失效问题,采用分子动力学仿真研究介观层次在冲击波动载荷作用下转变形式,为铣刀安全型跨尺度设计提供新的理论依据。本文通过研究受迫振动对各刀齿切削接触关系的影响,建立了振动作用下刀齿摩擦副接触状态模型;提出了跨尺度分析方法确定了铣刀安全性宏介观控制变量,揭示了高速铣刀宏介观结构跨尺度敏感性;表征了铣刀宏观安全性和介观安全性,采用公理设计方法实现了高速铣刀宏介观结构层次的跨尺度关联性设计;研究了宏介观载荷的传递规律,分析了铣刀结构损伤的宏介观特征。