脆性材料由于其具有高强度、高硬度和良好的耐热性等性能而被广泛应用于各种行业中,但脆性材料在极小的应变下即可形成导致材料破坏的裂纹。因此,认识脆性材料中裂纹的形成及其传播特性,对于设计和优化脆性材料微结构,进而提高其断裂韧性具有重要的指导意义。本文基于离散单元法数值模拟,从微观晶粒尺度出发对脆性材料中的裂纹扩展特性进行了研究。具体研究工作如下:介绍了本研究工作所采用的离散单元法力学模型。随后以部分烧结三氧化二铝陶瓷材料为模拟对象,考察了其杨氏模量和拉伸断裂强度随固含率的变化,并通过与文献报道的实验数据对比,检验了模拟结果的准确性。研究结果表明,模拟预测的杨氏模量和断裂强度与文献报道数据能够定量吻合。考察了裂纹与孔洞之间的相互作用机制。模拟结果表明,取决于两者之间的相对排列型式和相对距离,孔洞既可对裂纹扩展起到促进作用,也可呈现抑制效果。对比无孔洞情况,在裂纹前端合理地布置孔洞位置可以有效地提高材料的断裂应变。这一结果为下一步优化陶瓷材料微结构以提高其断裂韧性提供了借鉴思路。模拟研究了拉伸加载情况下,预制裂纹在陶瓷材料内部的扩展特性。模拟结果表明,取决于加载速率,预制裂纹扩展过程中可呈直线型、分叉型和鱼骨型三种不同的型式。定性上,这与文献中报道的实验研究结果和近场动力学模拟结果相吻合。分析结果表明,裂纹扩展过程中的分叉现象与裂纹尖端附近的能量汇聚特性直接相关,裂纹传播速度、裂纹尖端附近速度场型式和应力场型式不是导致裂纹分叉的原因。