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材料的断裂失效可能导致严重的零部件破坏甚至造成重大的生命安全事故。材料断裂往往是由纳米裂纹的形核、扩展、连通引起的。因此,非常有必要研究材料中纳米裂纹形核与扩展的机理。目前,关于裂纹形核与扩展的研究主要集中在宏观和微观尺度,究其原因是实验过程难以捕捉到动态的纳观缺陷细节演化过程。因此,本文采用先进的晶体相场模型(PFC),研究纳米Zener裂纹在位错区域形核的演化过程。本文的创新工作主要体现在:(1)基于PFC模型提出一种针对PFC样品的多峰应变计算方法(Multiple peak algorithm,MPA)。该方法能够克服传统应变计算方法需要跟踪原子运动轨迹的计算模式,因此非常适用于PFC模型样品中纳米裂纹的应变场计算;(2)采用PFC模型观察到向错-位错结构对纳米裂纹形核的作用的新机制。研究得到的主要结果如下:(1)在外应变的作用下,晶界位错处会发生Zener裂纹的形核与起裂;(2)Zener裂纹的扩展伴随着向错和向错偶极子的形成,向错强度与裂尖角的角度近似相等;(3)由负向错在裂纹区域引起的拉伸应变有利于Zener裂纹的形核与扩展;(4)在应变的作用下,晶列穿过Zener裂纹时会在裂纹的表面处发生转折,裂纹中部的转折角度最大;(5)采用MPA方法计算包含Zener裂纹的二维PFC样品的应变场,发现在Zener裂纹尖端存在较强的拉应变,而裂纹表面原子区域由于受到周围原子的挤压存在较强的压应变。通过计算包含晶界位错或晶界裂纹的二维PFC样品的完整应变场,发现晶界位错对处的应变场呈蝴蝶形分布,晶界位错对半原子面的方向决定了蝴蝶形应变场的取向。本文提出的MPA方法具有非常良好的适应性与准确性,为PFC样品的应变场计算提供了一种新的可靠方法。本文的PFC模拟实验研究了在晶界位错处Zener裂纹形核与扩展的原因、影响因素和行为特点。在符合原始Zener裂纹形核机理的基础上,发现了一种纳米Zener裂纹在晶界上形核与扩展的新机制,通过应变场分析阐述了位错、向错等缺陷对Zener裂纹形核与扩展的作用形式与机理。