在实际工程中,材料的断裂破坏行为直接影响着工程结构的安全性和稳定性,如何对材料的断裂行为进行模拟一直是工程界的重要课题。材料的断裂行为具有多尺度特征,宏观断裂决定于细观结构。离散虚内键（DVIB）认为材料由任意形状的键元胞组成,能有效地描述材料细观结构。初始DVIB只考虑了材料的超弹性,还不能应用于更广泛的断裂模拟。本文对DVIB进行扩展研究,在DVIB中考虑了弹脆性、弹塑性及热力耦合效应,并在虚内键层面考虑了断裂能问题。这使得DVIB的应用范围更为广泛,同时在模拟断裂问题时基本上回避了单元尺寸的依赖性,使DVIB成为一个较为系统的理论方法。针对脆性及准脆性材料,建立了嵌入应变能密度理论（SED）的DVIB模型来分析其细观断裂机理,得到了细观键的断裂准则。材料的断裂破坏行为具有多尺度特征,通过尺度律可以建立不同尺度间的联系,将一个尺度的参数反馈到另一个尺度中,这为多尺度分析奠定了基础。细观键的极限应变与格子尺寸相关,其断裂由键元胞应变能密度因子控制。结果显示,细观格子尺寸与键的极限应变成反比关系。算例表明该方法能有效地模拟弹脆性材料的断裂破坏问题,并且模拟结果基本上不具有单元尺寸敏感性问题。材料的超弹性特征对于动态断裂破坏行为有着至关重要的作用。通过采用传统原子间势函数描述键的行为可以将超弹性嵌入模型中,但不能保证断裂能守恒,因此会存在单元尺寸敏感性问题。本文将原子间势函数与双线性势函数结合在一起,在键的峰值应变前采用前者来表征材料的超弹性特征,在键的峰值应变后采用后者来表征材料的应变软化特征,并且将断裂能与键的失效应变建立联系,从而在很大程度上克服了单元尺寸敏感性问题。算例表明该模型能有效地模拟材料的应变软化问题,并能提高动态断裂模拟的精确度。弹塑性材料的断裂破坏总是伴随着塑性变形的发生。本文将塑性引入到初始DVIB模型中,直接将塑性特征反映在细观键的层面,建立了弹塑性键势函数。通过该势函数,将材料的塑性特征与断裂特征统一在一起,并且建立键的失效应变与断裂能之间的关系来克服单元尺寸敏感性问题。算例表明本模型能有效地再现材料的弹塑性特征,并且能用于模拟延性材料的断裂破坏模拟。为了考虑材料的热力耦合断裂问题,首先在细观格子层面建立了DVIB热传导模拟方法。在该方法中,令热流量只能沿着虚内键进行传导,这使得三维热传导问题转化为一维问题,使问题大为简化。同时通过等效体积法建立了宏细观热传参数的理论关系。为了考虑热力耦合问题,将键的变形看作为热、力两种过程引起的变形的叠加。通过这种方式将热、力效应反映到键势函数中,从而使热、力效应在键的层面得到了统一。算例结果表明,该方法可以有效的模拟热传导及热力耦合作用下的断裂问题。本文的研究成果为弹脆性、弹塑性及热力耦合条件下的材料断裂模拟提供了有效的力学模型及数值模拟方法,所得的结论对实际工程具有一定的指导意义。