氢气作为清洁能源,因具有热值高、无污染的特点而受到关注。氢在储运过程中易吸附在金属载体表面并溶解其中,这会降低载体的力学性能甚至使载体发生不可预料的破坏失效。这种由于氢导致的金属材料力学性能劣化通常被称为--“氢脆”。氢脆是制约氢能源利用的一大障碍因素,并且也是化工、船舶、海洋、能源、动力等众多传统行业的潜在威胁。金属氢脆机理研究已历经一个半世纪,人们提出了各种氢脆破坏机理,如:氢化物形成与断裂机理、氢增强脱粘机理、氢增强局部塑性化机理,等。然而,目前并没有哪一种机理具有普遍可适性。随着新型氢能源的兴起,有关氢致金属脆性破坏的机理更加受到学术界和工业界的重视。在金属氢脆机理的研究中,必需回答的核心科学问题是:溶质氢原子与金属材料内部缺陷（如微裂纹、孔洞、位错等）的相互作用究竟如何?从微观尺度上,对溶质氢原子与金属材料内部缺陷相互作用开展深入研究,对揭示氢致金属脆化的物理机制具有重要的理论意义,对指导材料抗氢脆设计具有潜在的应用价值。本文研究了溶质氢与表面切口/裂纹、刃型位错之间的相互作用。为了使问题简化,本文采用了简单的二维平面应变模型,溶质氢被处理成为膨胀线。首先,本文利用经典的线弹性理论和弹性复变函数理论方法,研究了各向同性材料中溶质原子与表面切口/裂纹的相互作用,导出了氢作用下表面裂纹的镜像应力场,并探讨了不同裂纹特征几何尺寸（深度和曲率半径）对应力场的影响。其后,本文又根据Stroh理论,推导了各向异性材料中溶质氢原子产生的位移场和应力场,并讨论了该溶质应力场对材料中刃型位错Peach-Koehler力的影响。本文主要的研究结论如下:（1）相对于无限大介质中溶质原子的应力场,表面切口/裂纹对溶质原子的应力场有较大影响。由于表面切口/裂纹产生的镜像作用,使得无限大介质中溶质原子应力场的对称性消失,靠近裂纹面一侧的应力显著增加;裂纹的特征几何尺寸（深度和曲率半径）对溶质氢原子的应力场有显著影响。（2）氢与表面切口/裂纹之间的相互作用取决于氢原子相对于表面切口/裂纹尖端的位置。随着溶质原子所处位置相对于裂尖角度的不同,溶质原子对裂尖可能具有屏蔽作用,也可能具有反屏蔽作用,也可能没有作用。（3）各向异性介质中氢的位移场与应力场明显不同于各向同性介质中氢膨胀线的位移场和应力场。与各向同性材料中氢膨胀线的位移场和应力相比,各向异性材料线膨胀的位移场和应力场虽然也与r和r~2成反比,但它们都与周向角度q相关,体现了材料各向异性的特点;各向异性材料中线膨胀的应力场不仅与各向异性材料的刚度矩阵相关,而且呈现出一定的周期性和对称性;在各向异性材料中,线膨胀应力场的静水应力不为零（σH≠0）,溶质原子之间存在明显的相互作用,但在各向同性材料中,线膨胀应力场的静水应力为零（σH=0）,溶质原子之间没有长程相互作用。（4）各向异性材料中氢膨胀线与刃型位错之间的相互作用明显不同于各向同性介质中它们之间的相互作用。在各向异性材料中,刃型位错受到来自线膨胀应力场的Peach-Koehler力随膨胀线所在位置相对于刃型位错的角度q变化呈现出周期性变化,但在各向同性材料中,随q的变化,位错受到的Peach-Koehler力为常数。