铸造缺陷是铸造行业无法避免和难以解决的问题。由于微缺陷空间分布的随机性，致使材料局部力学行为不均匀;并且材料的力学行为与其应力状态密切相关，因此铸件的变形及破坏分析非常复杂。本文以AlSi9Mn的铸造铝合金构件为研究对象，在试验和数值模拟上使用宏细观结合的方法对铸铝构件开展了多尺度研究，探讨了孔洞形态及分布的随机性对铸造构件在复杂加载条件下破坏过程的影响。主要开展了以下研究:　　(1)通过对铸铝构件与构件上切割而来的试件进行复杂加载破坏试验及金相分析，揭示了应力状态及孔洞分布的随机性对铸件破坏性能的影响规律。研究考虑了铸造工艺造成的铸件细观随机特性，试件与构件变形行为及破坏形式随加载或试件类型变化、并具有明显的离散性。试验分析表明铸件内部存在不可忽略的微孔洞，且在试件和构件中大小及分布具有随机性，这种随机性是试验结果离散性很大的主要原因。　　(2)为从材料的微细观结构分析来研究材料宏观力学性能，深入研究了含细观孔洞的正六面体代表性体积单元(RVE)，给出了应用方便的RVE宏观Cauchy应力张量和对数应变张量的计算方法，将其嵌入有限元软件成功实现了RVE任意应力状态下沿不同应力路径的加载，为复杂应力状态和不同应力加载路径下材料的变形和破坏模拟分析奠定了基础。　　(3)对中心含球形孔洞的RVE进行了大量数值计算，探讨了初始孔洞率、应力三轴度及Lode参数对材料力学行为的影响。基于初始孔洞率、应力三轴度及Lode参数对代表性体积单元宏观力学响应的影响关系，发展了考虑初始孔洞率和应力状态的韧性损伤本构模型，提出了考虑孔洞率和应力状态的材料破坏准则，并编制了包含破坏准则的用户自定义材料子程序。　　(4)基于铸铝构件和试件的孔洞CT分析结果，使用马尔可夫随机场(Markov Random Field)来描述孔洞形态及分布，编制了孔洞产生过程的模拟程序，发展了一种模拟铸件孔隙度分布生成的随机模型，模型所得结果与铸件在真实铸造过程中所产生的孔洞形态在统计意义上具有共性，可用来描述铸铝构件中的孔洞结构及分布。　　(5)本文提出的损伤本构模型以孔洞率代替细观模型中的真实孔洞，实现了试件和构件的宏细观模拟。采用随机孔洞模型，将试件和构件不同位置的孔洞率作为材料参数，结合本文提出的破坏准则，建立了考虑孔洞分布随机特性的铸铝宏细观损伤和破坏模拟方法。模拟得到的载荷位移曲线、破坏形式及孔洞分布对模拟结果的影响均与试验结果相一致。