金属材料的破坏行为是一个跨微观、介观和宏观的复杂多尺度问题,近年来吸引了国内外学者的广泛研究兴趣。一种理想的研究共识是分别在不同尺度下对金属材料破坏过程进行研究,最后通过一种多尺度方法将各个尺度的分析结果耦合在一个共同的分析平台上,并能够有效实现从微观到宏观的跨尺度数据流动和连续性的数值模拟过程。但是,经过国内外学者多年来的共同探索和研究,大家一致认为要实现这样理想的目标,仍需要有很多关键的理论和方法需要突破。因此,本文采用的是一种基于分子动力学分析（MD）和内聚有限单元法分析（CFEM）相结合的跨尺度分析方法。本文以镍基合金（GH4169）为研究对象,首先在微观尺度下采用分子动力学方法研究了金属材料的变形失效机制、位错反应过程以及获取其T-S曲线,为宏观尺度提供相关材料参数;在宏观尺度下采用内聚有限单元法模拟金属材料的随机断裂过程以及其动态断裂韧度,最后通过动态断裂实验获得动态断裂韧度实验值验证多尺度方法的正确性。在实验方面,利用分离式Hopkinson压杆设备对镍基合金GH4169进行了三组不同冲击速度的三点弯曲断裂实验。在实验中,利用在入射杆中间位置对称分布的两片应变片获得不同速度下试样的冲击载荷时程曲线,同时根据相关压缩试验数据得到了不同速度对应的宏观应变率,为后期有限元计算和分子动力学模拟提供了边界条件;利用位置在垂直于裂纹并与裂尖相距2 mm处的应变片获得不同速度下试样的起裂时间;利用位置在与裂纹夹60°角并和裂尖相距5 mm处的应变片获得应变片法计算动态断裂韧度的应变数据,最后获得GH4169的动态断裂韧度实验值。利用分子动力学方法首先研究了孔洞尺寸对孪晶镍力学性能的影响以及其位错反应过程,研究表明随着孔洞半径增大,孔洞尺寸对于孪晶镍屈服应力的影响会逐渐减小,位错密度会有降低的趋势。位错反应主要是两个肖克莱部分位错的反应形成了Lomer-Cottrell压杆位错,随着应变地增加,孪晶镍为了进一步塑性变形,压杆位错又分解成肖克莱位错;随后利用铝率不敏感效应研究了微观分子动力学方法中的应变率与宏观实验中的应变率的对应关系,研究发现分子动力学中10¹⁰s^-1对应着宏观实验中的1000s^-1,10⁶s^-1对应宏观中的0.1s^-1,10⁶s^-1以下对应着宏观中的准静态,应变率数量级之间有着一一对应关系,该研究找到了分子动力学中应变率与宏观实验中应变率的对应关系,为之后利用分子动力学方法获取T-S曲线的应变率选取提供了依据;最后为获得镍基合金GH4169的T-S曲线,建立单晶镍、双晶Ni+Ni3Al和Ni/Ni3Al三种模型代表GH4169中的晶粒,晶界和二相粒子界面,并利用分子动力学方法,根据之前获得的分子动力学中应变率与宏观实验中应变率的对应关系找到与实验应变率对应的分子动力学应变率进行微观模拟,提取出三种模型的T-S曲线,为后续内聚有限单元法提供单元的材料参数。以T-S曲线的参数做为桥梁,连接分子动力学方法和内聚有限单元法,模拟镍基材料GH4169的随机动态断裂过程以及获得其动态断裂韧度模拟值,与之前实验获得的动态断裂韧度实验值进行对比,验证多尺度方法模拟结果的准确性。同时,本文也利用该多尺度方法对B₂-NiAl合金的静态断裂行为进行了研究,将模拟得到的静态断裂韧度值与文献结果对比,发现结果吻合良好,进一步验证了该多尺度方法的可靠性。