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随着科学技术的快速发展,工业生产中的复合材料逐渐占据重要位置,同时国务院颁布的“中国制造2025”也对复合材料提出了战略支撑和保障。两相复合材料是制造业的基石,对其开展多尺度模拟方法的研究具有重要的意义和工程价值,同时损伤和失效的研究一直都是工业界备受关注的问题。因此,两相复合材料损伤与失效的多尺度模拟方法研究是材料可靠性分析中的重中之重。由于细观尺度的材料性能与宏观特性存在较大的差异,因此利用传统的宏观方法对两相复合材料损伤与失效问题进行准确的模拟和预测已经日渐困难。细观尺度和双尺度分析是解决上述问题行之有效的方法。本文提出了多种逼近真实组织结构的模型构建方法,通过细观尺度和宏细观双尺度模拟、相关实验测试及解析解验证等方面的分析,研究了两相复合材料损伤与失效的过程。本文所取得的主要研究进展如下:模型参数的精确表征是实现多尺度模拟的关键,而反演分析是参数表征的重要方法。本文首先基于卡尔曼滤波算法(KFA)和响应面插值技术提出了一种新颖的反演分析方法。响应面插值技术可以快速提高计算效率,但是同时也会引入较大的误差。对于这个问题,本文进一步提出了一种缩小范围的反演分析方法来预测内聚力模型(CZM)的参数。通过对SAC-Cu焊锡界面I、II型断裂伪实验和真实实验的模拟及反演分析,证明了该方法具有较高的鲁棒性和准确性,可以较好地解决复杂界面失效的CZM参数识别问题,为复合材料损伤与失效的多尺度模拟分析奠定了基础。针对增强相非均匀分布的网状材料,提出了一套细观尺度的建模方法,可以生成逼近真实组织结构的几何模型。结合带有尺度效应的应变梯度硬化和淬火硬化的本构关系,对代表性单元体(RVE)开展了弹塑性分析,验证了该方法的可靠性。通过对增强相的简化、增强机制、增强相分布等研究,揭示了网状结构材料的细观力学特性。其次,针对增强相均匀分布的颗粒增强材料损伤与失效的问题,提出了结合图像法和参数法的细观尺度建模方法、建立骨料库的方案以及快速嵌入内聚力单元的方法,能够随机生成不同含量不同分布的骨料。基于ABAQUS的二次开发及相关公式推导,提出了结合率相关CZM和显式动力学分析的研究策略。应用上述方法,准确地预测了混凝土材料损伤与失效的力学行为。上述两种细观尺度模型的构建方法为其他类似的复合材料模拟分析提供了借鉴。以计算均匀化理论为基础,基于商用有限元软件ABAQUS及并行计算技术提出了一套高效的双尺度计算方法。该方法打破了ABAQUS/Standard非并行计算框架的限制,有效解决了传统双尺度模拟方法计算效率过低的问题。通过颗粒增强复合材料的双尺度分析及不同方法计算效率的对比,证实了该并行方法的可行性及高效性。最后,以计算均匀化理论和CZM为基础,推导了带有界面的双尺度理论公式,并结合带孔洞的双悬臂梁(DCB)实验,基于真实的细观结构开展了损伤与失效的双尺度研究,分析了界面的脱粘演变规律及CZM参数对材料性能的影响。