作为钢结构破坏的主要形式之一,钢材的延性断裂常引起钢构件或节点的开裂,并可能造成整个建筑结构的倒塌。因此,研究钢材的延性断裂机理并建立可行的数值模拟方法具有很大的意义和价值。本文着重于模拟钢材延性断裂的分析模型,针对空穴扩张模型计算时间过长的不足进行改进,提出了连续损伤力学模型,并通过单调拉伸试验比较了两种断裂模型的适用性。本文主要工作内容如下:(1)介绍了单调荷载作用下的空穴扩张模型,对其计算过程进行分析。通过对大网格单元断裂过程的分析,基于空穴扩张理论建立考虑大网格单元部分断裂过程的连续损伤力学模型。(2)对8个单边缺口试件进行单向拉伸试验,得到U型和V型缺口试件的延性断裂过程及荷载位移曲线等试验数据,发现缺口处应力三轴度对试件的承载力和延性性能有较大影响。(3)采用空穴扩张模型对单边缺口试件进行断裂预测,预测的断裂位移和裂纹扩展过程与试验结果相比较为吻合,随后对空穴扩张模型的网格敏感性进行分析,验证了空穴扩张模型对预测和模拟钢材在单调荷载作用下的延性断裂的适用性。(4)基于单边缺口试件的试验结果,对所建立连续损伤力学模型的参数进行标定。用标定的连续损伤力学模型对延性断裂过程进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了连续损伤力学模型可准确模拟钢材在单调荷载作用下的延性断裂过程。(5)比较基于两种断裂模型的模拟结果和计算时间,并对五个附加算例进行断裂模拟,结果表明两种断裂模型均可准确模拟延性断裂,其中连续损伤力学模型的计算时间成本远小于空穴扩张模型,一般低于其10%。本文结合试验研究和有限元分析的方法,确定了两种断裂模型对延性断裂过程模拟的适用性。其中,连续损伤力学模型可采用大网格有限元模型进行钢材延性断裂模拟,进而有效解决空穴扩张模型的网格敏感和计算时间成本过高的问题,对于结构复杂的钢构件或节点的延性断裂模拟具有重大的应用价值。