目前,在金属膨胀环的动态断裂与碎裂上,需要进一步搞清楚的问题主要有:①脆性与延性金属环的断裂机制和碎裂特性有何区别;②颈缩失稳的影响因素有哪些、颈缩区与均匀变形区的温升有何差别、温度软化效应对颈缩失稳有何影响以及颈缩区孔洞是否长大;③目前的碎裂理论是否适合描述高、低应变率下的脆性和延性金属膨胀环的碎裂特性;④金属膨胀环断裂时断口温度骤升,能否给出合理的物理解释和定量描述;⑤膨胀环碎裂时环圆周的断点是同时断裂,还是存在一定的断裂时序,等等。针对这些问题,本文利用电磁膨胀环加载技术来研究金属材料的本构特性、断裂机制和碎裂特性。本文主要研究内容包括:1)在颈缩、断裂与碎裂理论上,建立了延性金属膨胀环的颈缩理论分析模型,分析了颈缩失稳的影响因素,探讨了颈缩区孔洞长大条件和孔洞壁塑性剪切应变引起的局域化温升效应;针对脆性和延性金属膨胀环碎裂特性,分别探讨了裂纹张开位移（COD）碎裂模型和多重颈缩拉伸断裂（MNTF）碎裂模型。2)在电磁加载技术上,介绍了金属膨胀环磁驱动原理、金属环的径向膨胀运动分析、膨胀环运动的电磁学理论分析和计算、电磁膨胀环加载系统的实验设计以及实验测试技术。3)在金属环膨胀运动和材料本构特性研究上,主要涉及的内容有:金属环的自由膨胀区间的确定、径向膨胀位移或膨胀速度的测量、自由膨胀阶段流动应力和塑性应变的获取以及材料本构参量的拟合。4)在金属膨胀环（筒）动态断裂与碎裂实验研究方面,从断裂机制、碎裂特性、断口温度及发光点探讨、断裂时序性等研究了脆性和延性金属膨胀环的断裂与碎裂特性,并探索了实现金属膨胀筒的拉剪应力状态途径。5)在金属膨胀环（筒）运动与断裂的数值模拟方面,针对金属环提出了在环圆周上加入泊松随机断裂成核点的数值模拟技术。以M态TU1环和LO4环为例,分析了金属环的运动、颈缩形成与碎裂过程,并对膨胀筒拉剪断裂进行了数值模拟。本文得到的主要结论有:1)颈缩理论分析:①应变强化指数越大的材料,颈缩失稳越难启动;②应变率越敏感的材料颈缩失稳越容易启动;③有初始结构缺陷的地方越容易发生颈缩失稳;④在10³s^-1～10⁴s^-1应变率范围内,初始应变率越大颈缩失稳启动应变越大;⑤颈缩区比均匀变形区的温度高;⑥初始加温越高颈缩失稳启动应变越大,颈缩失稳启动时间与初始加温呈二次函数关系;⑦颈缩区孔洞长大条件用P-α球形孔洞模型的周向偏应力描述,孔洞壁塑性剪切应变可引起局域化温升。2)碎裂理论分析:①脆性金属环的碎裂特性用COD碎裂模型描述比较合理;②延性金属环用MNTF碎裂模型描述比较合理,给出了终止颈缩形成条件,推导了碎片尺寸和数目预估公式,与实验结果吻合得很好。3)在材料本构特性研究上,分别得到了M态TU1、LO4的指数律本构参量和G50钢的简单硬化模型本构参量。4)金属环断裂与碎裂实验分析:①脆性金属环,例如Y态TU1环,断裂机制为典型的裂纹张开模式断裂,断裂前残留部分形成局域化高电阻,在残余感生电流加热下引起断口温度骤升（可超过1 551K）并出现发光现象,碎片特性用COD碎裂模型描述较适宜;②延性金属环,例如M态TU1和LO4环,断裂机制多重颈缩断裂,断口局域化温升是由颈缩处孔洞壁塑性剪切应变引起的（可达1 636 K）,碎片特性用MNTF碎裂模型描述较适宜,相同应变率下LO4环碎片统计表明,碎片长度呈Weibull分布。两种金属环碎裂都存在断裂时序差别。5)施加泊松随机断裂成核点的数值模拟方法可合理分析金属环的膨胀运动、颈缩形成与碎裂过程,还可进行碎裂统计。本文创新点主要有:a)利用电磁加载技术对脆性和延性金属膨胀环进行一维拉伸应力动态加载,建立了一套从理论到实验较为完备的实验工具,并利用该工具进行了四种金属的本构特性、断裂机制以及碎裂特性研究;b)在膨胀环颈缩理论上,建立了颈缩理论分析模型,分析了材料应变强化指数、应变率敏感系数、初始应变率、温度软化效应等对颈缩失稳的影响,并给出了颈缩区与均匀区的温度差别以及初始加温与颈缩启动应变和时间的关系,目前尚没有关于颈缩区温升详细的报道;c)在金属环碎裂理论上,首次提出目前碎裂理论中裂纹张开位移模型（COD）适合于描述脆性金属膨胀环的碎裂特性,而不适合于延性金属环,并建立了多重颈缩拉伸断裂模型（MNTF）来描述延性金属膨胀环的碎裂特性;d)通过高速分幅摄影手段研究了金属环的膨胀断裂过程,首次观察到两种断裂机制下断口发光现象,利用裂纹张开形成局域化高电阻模型解释了脆性金属膨胀环断口发光现象,并通过金相分析观察到了延性金属膨胀环颈缩区有孔洞长大、汇通现象和孔洞壁熔化现象,并对金属膨胀环的断裂时序进行了研究;e)首次利用断裂成核点随机分布的方法对延性金属膨胀环的运动、颈缩形成以及碎裂进行了数值模拟,并与实验结果、理论分析结果进行了比较,表明加入断裂成核点随机分布的方法是合理的。