金属在强动载荷下的损伤演化动力学问题备受军工航天、重型机械等工程技术领域的关注。材料的动态损伤行为涉及从微观到宏观的跨尺度过程,持续时间极短,包含弹塑性变形、相变、冲击波传播以及微孔洞演化等非线性作用。澄清影响损伤演化历程的微介观因素及规律,对深刻理解材料动态损伤至关重要。因此,有必要开展金属动态损伤行为及关键物理机理的科学研究,为涉及材料动态破坏问题的材料及结构的工程应用提供理论基础和技术储备。金属材料在强动载荷下的物理力学行为将跨越从“纳米”到“米”量级的空间尺度和从“飞秒”到“微秒”量级的时间尺度,这些行为在不同时空尺度上相互耦合。受限于实验条件及诊断技术,对金属动态过程进行时空尺度的精准表征还较为困难。近年来,随着计算机技术的快速发展,数值模拟技术被广泛应用于材料动态损伤断裂问题的研究,它为从微观机理到宏观损伤现象的深刻解读提供了重要方法与思路。鉴于此,本文利用分子动力学和有限元模拟方法对金属材料的动态损伤行为进行了系统研究,提升了对微观机理的认识。本文首先使用分子动力学多尺度冲击技术（MSST）研究了冲击压缩下金属铜的Hugoniot态,发现Hugoniot态下的压力和比内能随比容的增大而增大,而Grüneisen参数随着比容增大而减小。通过选取七组不同冲击速度对金属铜进行单轴冲击加载,发现其冲击速度与粒子速度满足线性关系us=3.91+1.53up。此外,将求得的Hugoniot曲线与实验值进行比较,验证了embedded-atom-method势函数的准确性。随后,将基于MSST模拟技术计算得到Mie-Grüneisen状态方程的相关参数,引入LS/DYNA中获得了自由面速度曲线,发现Slater和Dugdale-Mac Donald模型中的这些参数均能较好反映材料的层裂特性。在冲击模拟过程中,结合冲击载荷下靶材面的波系演化特点及自由面速度曲线的演化特征,本文研究发现:层裂先于“回跳信号”产生,层裂面上的“应力反转”和“回跳信号”发生的时间差足以产生完全层裂。随着加载速度的升高、拉伸应变率的降低,层裂强度都呈下降的变化趋势。此外,相比于基于声速法得到的层裂强度,由层裂面最大拉应力得到的层裂强度,在不同加载速度、应变率下均大于基于声速法得到的值。这是由于较高冲击速度促进了材料的微结构演化,因此这两种方法得到的数值误差随着加载速度的升高而减小。在恒定加载速度下,拉伸应变率对两种计算方法下层裂强度的变化趋势影响不明显。金属在冲击过程中内部的温升效应对材料的损伤演化有重要的影响。为此,本文通过统计典型单元的温升温度,发现:当加载速度为250 m/s时,温升可达52 K,这主要来源于损伤过程中塑性功的转化,由此推断层裂过程存在塑性变形。结合靶材面上的温度分布云图,发现层裂发生后层裂面的温度明显高于其他位置,这归因于层裂初期孔洞产生引起的热耗散。另外,随着冲击速度的增加,材料层裂强度降低,表现出较高的损伤演化率。层裂的发生与材料的损伤演化过程密切相关。为此,本文研究了高应变率下,初始温度对损伤行为、相变和塑性变形的影响。本文研究发现:在三轴拉伸下金属铌的损伤演化过程可以分为四个典型的阶段:原子无序、孔洞形核、孔洞长大和孔洞聚集。材料的损伤起始于微孔洞的形核,由此产生的应力松弛导致体系内拉应力的下降。随后,在孔洞长大阶段拉应力开始急剧下降,并在孔洞聚集阶段趋于稳定。初始温度的升高使得孔洞形核提前且孔洞长大持续时间变短,材料的损伤演化表现出显著的温度效应。此外,通过研究不同初始温度下,相同的孔洞体积分数时材料内外部的孔洞演化,发现:在初始温度较低时,体系内孔洞数量少但单个孔洞的体积较大;反之,孔洞数量多但单个孔洞的体积较小。最后,本文结合损伤演化信息分析了相变和塑性变形的温度效应。结果表明:单晶铌的损伤演化伴随着相变的产生,密排六方（HCP）相的含量远大于面心立方（FCC）相,孔洞演化促进了HCP相的产生。此外,体心立方（BCC）相的反转是高能态下的不稳定结构随体系趋于稳定后发生恢复所造成的,径向分布函数同样证明了这一相变恢复现象。初始温度升高会促使相变提前发生,并显著影响着不同相的转变应力。在不同的初始温度下,单晶铌的相转变应力可被分为三个典型的阶段,其中900 K被定义为特征转变温度。另外,高应变率下这种材料的塑性变形以1/2＜111＞位错为主,并且孔洞形核先于位错产生。材料的位错发射与孔洞的尺寸有关,只有当孔洞尺寸足够大才能满足位错发射的临界应力。随着体系初始温度的升高,位错提前发射且位错密度显著增加。本文通过数值模拟技术重现了金属材料的动态演化过程,探讨了加载速度、温度、应变率对动态损伤行为的影响,揭示了外加条件对材料动态力学性能的影响规律,为材料及结构的工程应用提供了科学指导,有助于推动相关工程领域高性能材料的研发。