脆性固体材料的破碎在日常生活生产中十分常见,例如堆石料的开采,破碎和碾压、矿物冲击分选、玻璃破碎等。脆性固体的破坏从时间尺度上可以分为瞬时破碎和连续破碎。颗粒材料在准静态压缩条件下发生连续破碎,其力学特性和破坏机理等已经被广泛研究。然而冲击,爆炸等动荷载下瞬时破碎的变形特性和破坏机制研究还有很大的空白。固体的冲击破碎是一个连续介质到高度离散化系统的快速转变过程,诸多领域的重大科学问题如陨石冲击、地震、导弹侵彻等也与其息息相关。本文从单个颗粒的尺度对固体脆性圆球在冲击荷载下的物理力学行为和颗粒破碎特性进行系统研究。本文以连续离散耦合方法为基础,采用四面体单元和无厚度界面单元建立了单个圆球的连续离散模型;采用二参数Weibull模型表征材料细观强度参数的空间分布,引入内聚力模型模拟材料的开裂。通过选择合适的断裂过程区（FPZ）长度、计算步长和网格密度,圆球的连续离散模型能定量地模拟真实脆性固体的冲击破碎特性,如破碎相变、碎片分形特性等。本文主要探讨了两个重要的材料特性即开裂机制和无序性对脆性圆球冲击力学响应的影响。具体工作包括以下几个方面:1.为考察不同开裂机制对单颗粒圆球冲击破碎的影响,通过变化界面单元的强度阈值设计了三组开裂模式下的数值冲击试验,破坏机制分别对应于纯剪破坏,纯拉破坏和混合破坏。各组开裂模式下进行了一定速度范围内的冲击试验,研究结果表明,冲击破碎中存在一个临界速度,当冲击速度低于这一速度时,球体发生损伤破坏,当超过这一速度时,球体发生碎裂破坏。这说明冲击破碎中存在着明显的破碎相变特性。三组开裂机制下的碎片质量分布都符合幂率分布,幂率指数τ_tension>τ_shear>τ_mixed。幂率指数随着冲击速度增大而增大,最后收敛到一个统一值附近,说明幂率指数跟冲击速度有关,但是超过临界速度后具有普适性规律。不同的开裂机制会影响冲击破碎的临界特性和破坏模式。混合模式,纯剪模式和纯拉模式下的临界冲击速度分别为15m/s,20m/s,80m/s,纯拉模式下的碎片质量曲线斜率最陡,意味着其损伤碎裂的相变过程更加尖锐。统计圆球裂纹网络的裂纹面空间信息,结合裂纹网络结构和不可破碎圆球的冲击应力场分析,得到纯拉模式下的碎裂特征是形成子午面裂纹和次生斜裂纹,产生楔形碎片;纯剪模式下的碎裂特征是形成30-45°的细碎片锥,同时产生大量的弥散裂纹。混合模式下接触区附近形成高破碎区,上部在子午面裂纹和少量横向裂纹分割下形成锥形碎片。基于计算几何技术,采用Domokos因子、圆度和凸度三个形状参数刻画碎片形状特征,三种开裂模式下的碎片形状呈现高度的变异性,纯剪模式下的碎片的Domokos因子最小,但是整体的圆度和凸度却大于纯拉模式下的碎片。这说明剪切开裂机制倾向于产生各项同性,相对圆滑、饱满的碎片;而拉伸开裂机制更易于产生细长,棱角分明,凹状的碎片。2.为考察材料无序性对冲击破碎的影响,采用Weibull分布表征脆性材料的参数变异性,Weibull模数用于刻画细观参数的无序程度。统计发现多种脆性材料的强度Weibull模数w主要分布在1-10之间。设计了Weibull模数分别为1,2,5,10四组冲击破碎试验。试验结果表明,无序度越高,临界冲击速度越大。不同临界冲击速度下的破坏模式也明显不同,低无序度下主要以贯穿性裂纹为主,高无序度下的非贯穿性的分叉裂纹增加。可见无序性对材料冲击破碎模式和临界特性具有较大影响。不同无序度相同冲击速度下的冲击损伤响应不同。从裂纹结构分析,低无序度下的主要以子午面型裂纹和横向次生裂纹为主,裂纹结构较为光滑,整体性较好;高无序度下两大主导特征裂纹仍然存在,但是非贯穿性裂纹和碎片内微裂纹显著增加。采用扁平率和圆度对临界冲击速度下的碎片形态进行量化分析,四组无序度下的碎片形状参数的概率分布规律基本一致;无序度越高,扁平率分布的集中程度越低,圆度分布由对称分布转变为左偏分布,峰值更低,分布区间更大。这说明无序度越高,碎片形态变异性越高。无序性从本质上改变了脆性材料冲击的发生机制。临近失效界面单元的应力状态分析表明,低无序度下以拉伸破坏为主导机制,无序度提高后剪切破坏机制的占比提高。从破坏相理论解释,低无序度中主要以成核破坏相为主,高无序度下以逾渗破坏相为主,更常见的是以雪崩破坏相为主导且三相并存的中等无序度破坏行为。