本文在宏观-细观多尺度下研究涡轮盘材料-Ni基合金组织结构的状态,来建立材料细观结构与宏观力学性质之间的定量关系。然后通过材料微观结构的信息,来寻找,优化宏观材料的有效性能。本研究集成了材料变形、损伤、断裂一系列过程,目的是为了研究材料从细观到宏观的连续响应。从而形成一整套工程实际意义上的材料物理性能研究方法。分析过程包括对涡轮盘材料数据的准备,Ni基合金单晶材料数据的准备,对Ni基单晶,多晶体本构关系的研究,涡轮盘热力耦合分析、力学下的分层多尺度计算,材料代表性体积单元(RVE)的应力应变分析,载荷谱作用下材料细观宏观性能退化响应,损伤积累响应,材料失效产生裂纹。本项研究旨在运用计算机仿真与模拟技术,在“虚拟现实”环境下,从模拟缺口试样实验,到针对具体的涡轮盘服役,我们运用“虚拟材料”技术,创立一套能够对涡轮盘的关键部位进行全寿命服役行为的预测流程;建立涡轮盘关键部位材料服役过程状态档案,对涡轮盘的服役寿命实行个性化管理;开发出涡轮盘服役行为的仿真与模拟软件平台,将“虚拟材料”技术和“虚拟现实”技术应用于航空发动机涡轮盘。我们力争在技术的综合运用方面、实战性程度方面达到世界先进水平。在此理论的基础上,针对镍基涡轮盘材料,建立了分层多尺度划分方法,阐述了分层多尺度划分中的技术要点,创立了“材料/结构”响应“从大到小”的继承方式以及材料性能与行为“从小到大”的上传方式,开发出相邻尺度之间衔接时材料“代表性体积单元”边界状态自动“提取-继承”算法与相应的计算机处理程序,规划了涡轮盘服役中的“虚拟环境”、“虚拟耦合”、“虚拟过程”技术的内涵以及发展方向,在分层多尺度衔接和计算的基础上,界定了“计算材料工程学”的概念、定义和作用,制定了“计算材料工程学”的工程应用路线图,成功地将涉及涡轮盘服役行为研究的“虚拟科学”推向了服役行为预测的“虚拟技术”。