由于γ-TiAl合金具有一系列优良性能而广泛运用于航空、航天和汽车工业领域,但是γ-TiAl合金在制造过程中存在各种不可避免的缺陷,例如气孔、杂质、微裂纹等,在使用过程中很容易造成零部件的变形、开裂甚至导致零部件的断裂失效,而裂纹的失稳扩展是导致材料失效的主要原因,并且在实际运用中,并不是只存在单一的缺陷,往往是多种缺陷共存,因此必须对裂纹扩展和断裂的机理及过程有一个深入而详细的了解和认识。本文将采用分子动力学方法研究裂纹的扩展和断裂机制。本文主要研究的内容包括:(1)研究室温下缺陷对γ-TiAl试件性能的影响以及温度对裂纹扩展的影响。分析了含有裂纹和不含裂纹两种模型下裂纹对γ-TiAl试件性能的影响,得出如下结论:不含裂纹的模型在拉伸过程中不仅有位错的发射和堆积现象还有滑移带出现,这些缺陷使能量出现波动,达到屈服极限时的总能量大于含有裂纹的模型;而含裂纹的模型在拉伸过程中没有滑移带出现,试件断裂后总能量趋于平衡。此外还分析了温度对裂纹扩展的影响,得出如下结论:温度越高,试件的屈服强度越低,弹性模量下降,位错越容易在裂尖发射,且发射出位错的数量越多,总能量越高,使得体系越不稳定,越容易发生塑性变形,但温度不会影响总能量变化的趋势;不同温度下裂纹的扩展过程相似,但是裂纹启裂时间以及发射第一个位错的时间不同,裂纹扩展速率随温度的升高而减慢,裂纹扩展路径随温度的升高而变得复杂。(2)研究不同孔洞尺寸对裂纹扩展的影响,分析了三种不同孔洞半径下裂纹的扩展规律,得出如下结论:随着孔洞半径增大,裂纹的启裂应力值减小;孔洞半径不同,裂纹与孔洞结合后的启裂位置不同,裂纹的扩展机制不同。此外孔洞抑制裂纹扩展,裂纹扩展中出现的位错会影响应力分布以及总能量值。(3)研究平行双裂纹的扩展规律,分析了室温下四种不同裂纹长度比下裂纹的扩展规律及相互影响,得出如下结论:两条裂纹会抑制彼此的扩展;两条裂纹的长度比不同,发射第一个位错的时间和发射位错的数量不同,裂纹开始扩展的时间也不同;两条裂纹不等长时,短裂纹的长度越短,试件的强度越大。此外,能量曲线变化趋势与应力-应变曲线的变化趋势有着很好的一致性,均因位错和滑移带的出现及运动而发生变化。