建立复杂变形条件下的本构关系是固体力学最基本而又困难的任务之一。传统弹性、塑性、损伤和断裂理论各自描述材料在不同变形阶段的力学行为。在工程应用中，即使对于简单拉伸构件，预测其力学行为往往会涉及弹性、塑性、损伤、破坏等不同阶段的本构理论，需要确定不同理论的模型参数，显然非常不便。况且，超过弹性极限后的材料通常具有不同程度的各向异性特征，基于各向同性材料的张量不变量等效理论难以继续使用。治本之道在于建立基于微观物理变形机制的本构模型。　　 本文基于不同的物理变形机制，提出三种构元，分别是弹簧束构元，体积构元和滑移构元。由凝聚态物理中描述原子相互作用的对泛函势以及建立宏微观变形联系的Cauchy-Born准则出发，把对泛函势中的对势项按原子结合键的取向分组，抽取出“弹簧束构元”——同一取向原子结合键的集合；从对泛函势中的嵌入势项中抽取出“体积构元”。损伤在原子层次就是原子结合键的破坏。材料一旦发生损伤，弹簧束构元作为同一取向原子结合键的集合，反映在弹簧束构元上就是其刚度的降低。因此，基于损伤物理机制，由弹簧束构元和体积构元建立了构元组集弹性损伤模型。材料的宏观损伤割线刚度张量与无损材料的刚度张量表达式相同，本文模型能够实现对弹性、损伤的一致性描述。考虑滑移是塑性变形的主要物理机制，把晶体塑性理论中的滑移系推广，抽取出“滑移构元”。根据宏观变形可按物理机制分解，我们使用三种构元，建立了构元组集弹塑性损伤模型。构元组集模型作为一种具有内部结构的唯象模型，材料的宏观复杂响应是所有构元简单响应的组集，易于数值实现。　　 本文研究了模型参数的标定方法，探讨了模型参数对材料宏观力学响应的影响；预测了材料初始损伤面；预测并研究了准脆性材料的力学行为，特别是材料在压缩载荷下的力学响应。结果表明：⑴构元组集模型能够统一刻画准脆性材料以下重要特征：不同的宏观拉压强度，单轴拉伸实验的泊松比降低现象，单轴压缩实验的体积膨胀现象，损伤引起的应力软化和刚度退化现象以及损伤诱导各向异性特征；⑵本模型能够预测双轴载荷作用下，材料强度改变以及宏观应力——应变曲线；⑶本模型能够预测典型非比例加载路径——三轴压缩载荷作用下，材料强度的提高；⑷与塑性不同，泊松比对损伤面有较大影响。对细观微裂纹问题，本文提出了弹簧束构元比拟，研究了裂纹扩展方向与弹簧束构元取向的关系；提出了宏观4阶损伤张量，来描述材料整体性能的降低。这样就建立了不同尺度损伤现象的关联，原子结合键破坏→细观微裂纹→宏观材料刚度降低。　　 本文采用构元组集弹性损伤模型对准脆性材料的损伤与断裂过程进行了研究。研究了不同加载方式下，构件中的裂纹扩展路径以及结构的整体响应，并与实验结果对比。结果表明：①对于任意复杂加载形式，只存在一个构元层次的破坏准则，不需要增加材料参数，构元组集模型能够实现对材料弹性、损伤至破坏过程的一体化描述；②研究了存在较大争议的初始剪切试件的断裂过程，数值模拟结果显示，对于初始剪切试件，试件中存在宏观剪切损伤，但是宏观拉伸损伤起主要作用；③模型能够对混凝土材料的断裂过程区进行分析和预测；④模型能够对非比例加载问题进行合理预测。本文提出了一种解决网格依赖性问题的方法。最后，通过在模型中引入韦伯分布，研究了材料强度非均匀性对结构断裂过程和整体响应的影响。