高速铣削中,铣刀与工件发生碰撞、冲击使其产生高速激烈应变,铣刀组件结合面出现压溃、脆性或延性断裂等问题导致的铣刀安全性衰退已成为制约高速铣削效率提高的瓶颈,铣刀材料学行为的科学实质有待揭示。本文在国家自然科学基金“高能效铣刀波动力学损伤机理及其多尺度协同设计方法(51375124)”的支持下,研究非线性多场强耦合作用下高速铣刀安全稳定性,揭示高速铣刀安全性衰退机理;沟通与整合介观/宏观层次理论,提出基于力连接的高速铣刀连续介质-分子动力学关联方法;研究原子群运动和宏观连续介质运动的耦合匹配关系,建立高速铣刀安全性衰退竞争及耦合匹配模型,实现高速铣刀安全性衰退的有效控制。采用高速铣刀组件粒子群熵值法,识别高速铣刀组件安全性衰退特征;利用高速铣刀组件粒子群运动的熵值变化速率,描述高速铣刀安全性衰退过程及其特性;提出高速铣刀最小熵值的安全性设计方法,设计出一把能够抑制安全性衰退的高速铣刀。依据高速铣刀组件扫面电镜测试结果,建立铣刀介观结构模型并明确边界条件;通过基于力连接原子—有限元交叠带模型,建立铣刀宏介观的同步关联演化方法,揭示高速铣刀宏介观结构的同步关联演化机制,明确铣刀宏介观安全性衰退关系并提出高速铣刀宏介观结构同步关联演化控制方法。建立高速铣刀组件初始缺陷模型,明确铣刀位错滑移、位错攀移、位错塞积、晶界迁移、微裂纹扩展、晶面解理等介观运动特性的结构、密度、能量特性,阐明铣刀安全性衰退的宏介观结构交互作用机理,提出高速铣刀宏介观结构交互作用控制方法。揭示铣刀组件的安全性衰退机理,明确铣刀组件刀体支撑处、刀体齿根处、刀体螺纹孔处、螺钉螺纹处、螺钉头处、刀片定位面处的安全性衰退过程,阐明铣刀组件竞争及耦合机制,提出铣刀安全性衰退过程控制方法,实现高速铣刀组件的跨尺度协同设计。