材料作为现代文明的三大支柱之一早已与人类生活息息相关。金属材料作为主要工程结构材料,在石油化工、航天航空、核电站等领域广泛应用。随着各种工程设备的服役环境日益复杂,由金属材料脆性断裂引起的事故屡见不鲜。国内外对于金属材料脆性断裂的研究大致分为两个方面:宏观上利用断裂力学理论模型对材料断裂参数和材料断裂判据进行研究;微观上探究材料微观组织结构的组织特征、几何特征以及它们的变化对材料宏观性能改变的影响。而仅仅从材料宏观力学方面分析,难以解释材料性能劣化的根本原因;单从金相组织变化方面讨论材料宏观性能的影响又难以清晰地描述材料的损伤过程。而要更深层次分析金属材料的脆性断裂机理,需要将宏观力学特性与微观组织变化结合在一起进行研究,能够通过微观组织结构变化对材料宏观性能特性进行预测和估计。本文根据金属材料中奥氏体与珠光体微观组织结构特征,分别建立了奥氏体与珠光体微观组织数值分析模型。利用有限元方法对奥氏体与珠光体材料进行微观组织力学分析,并研究了奥氏体晶界排布角度、晶界厚度、奥氏体晶粒度大小以及珠光体片层间距、珠光体团尺寸等参量对微观结构应力应变的影响。结合晶界特征以及溶质原子在弹性应力作用下非平衡晶界偏聚的理论,探讨微观参量变化对材料宏观性能影响,并与实验结果有较好的一致性。在奥氏体微观模型中建立裂纹模块,利用有限元方法以及断裂力学理论,计算了单条晶界裂纹情况下裂纹周围晶界张应力分布以及多条晶界裂纹情况下裂纹尖端应力强度因子。计算结果表明:只有一条晶界裂纹时,含有裂纹的晶界在拉应力作用下,随着裂纹的扩展会使得靠近裂纹且与裂纹扩展方向一致的晶界上的张应力持续增大;当由多条晶界裂纹出现时,裂纹之间会相互促进,共同扩展。根据本文计算结果,探讨了奥氏体材料微观损伤在拉应力作用下的累积行为,并以此描述了拉应力作用下奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的微观机理。研究结果对金属材料的损伤分析具有重要参考价值。