基于单丝短切纤维在细观尺度从硬化基体中拔出的特性，考虑了界面化学键、潜在纤维脱黏断裂、潜在纤维滑移断裂和滑移硬化界面特性，对高延性水泥基复合材料(HDCC)设计理论的裂纹桥联应力-裂纹张开关系(σB-δ σB-δ关系)进行了系统分析和理论推导，并建立了σB-δ 关系模型。通过实验测试数据对建立的模型进行了验证，发现σB-δ 关系模型预测的有关复合材料特性，如抗拉强度和破坏后平均裂纹张开度与实验结果具有良好的一致性。

为了研究断裂力学问题中裂纹尖端区域的局部变形场和断裂特性, 采用数字梯度敏感法对带有中心贯穿裂纹的有机玻璃有限宽板条进行了静态实验研究。实验过程中通过CCD记录裂纹尖端区域不同应力状态下的散斑图, 对记录的散斑图进行相关运算, 得到了不同应力状态下裂纹尖端周围区域内的光线偏转角, 并通过偏转角对Ⅰ型裂纹的应力强度因子进行了提取。结果表明, 通过数字梯度敏感方法计算得到的应力强度因子与理论值吻合相对较好。

从断裂力学的角度进行分析，在考察断裂强度的基础上，对机载多光谱相机光学窗口的厚度进行了详细的设计。相关分析解决了光学窗口厚度的工程设计问题，使光学窗口的设计更加合理可靠。同时，结合窗口工作环境，利用有限元方法计算其稳态温度场分布，再结合分析结果中的温度载荷和相关的广义力载荷，计算光学窗口在力热耦合情况下玻璃表面的变形。利用Zernike多项式对最终变形值进行拟合，得到变形后的光学窗口面形，输入到Zemax软件中，以波像差和调制传递函数(MTF)作为光学系统成像质量评价指标，分析了在这种工作环境下光学窗口变形对多光谱相机光学性能的影响。结果表明，在已知的环境条件下，窗口变形对系统成像质量的影响可以忽略。

介绍了相干梯度敏感(CGS)干涉测量技术的基本原理及其在静态Ⅰ型断裂实验中的应用，验证了该方法对裂纹尖端局部变形场和断裂特性进行定量研究的可行性。给出了代表静态Ⅰ型裂纹尖端奇异场光力学信息的CGS控制方程，模拟并分析了Ⅰ型裂纹尖端的CGS条纹模式，对静态Ⅰ型裂纹尖端变形场和断裂特性进行了三点弯曲的CGS试验，并提取了应力强度因子K_I。结果表明，试验结果与理论分析结果相吻合。

利用热弹性理论分析了在光学材料中由于缺陷吸收激光能量引起的温度和热应力分布,并且针对一个简单的裂纹模型分析了热应力产生的应力强度因子,给出了一些主要参数对于应力强度因子的影响的规律.

本文提出用等和线或等差线最大直径外推逼近法确定KI值,并与有关理论进行了比较。