根据高性能材料发展要求,设计细观结构是21世纪材料科学发展的方向之一。建立复合材料宏观性能与细观结构的联系是对复合材料结构优化和强度设计的关键。本文介绍了镁基复合材料模型建立、发展和研究状况,给出了解析计算公式及适用条件,并加以分析和比较。采用剪切滞后模型,通过细观力学方法分析了含有界面层的碳纳米管增强镁基复合材料应力场的分布和应力传递效率,分析表明:载荷通过剪切应力在两相接触的端部传递到增强体碳纳米管上,碳纳米管增强镁基复合材料的应力集中主要发生在相接触面的端部,这与很多实验现象相吻合。结果显示在碳纳米管增强镁基复合材料的界面层厚度为9nm时,应力传递效率为最佳值;复合材料长径比小于9时,长径比的变化对应力传递效率影响较大。以细观力学理论为基础,利用剪切滞后模型推导出碳纳米管增强镁基复合材料有效弹性模量的细观力学解析计算公式,分析了碳纳米管增强镁基复合材料中各组分参数对复合材料弹性模量的影响。结果表明:界面层的泊松比和弹性模量较小时对镁基复合材料的弹性模量影响较大;碳纳米管的体积分数和长度对镁基复合材料的弹性模量影响是有限的;镁基复合材料的弹性模量随界面层厚度的增加而增加。建立碳纳米管增强镁基复合材料界面弹性应力传递摩擦拔出模型,得到了复合材料各组分的应力和应变。考虑泊松效应和界面上摩擦应力的作用,基于界面分离过程的能量平衡和界面应变失配原则,得到了界面能释放率和裂纹位移展开轮廓的表达式。分别从界面能释放率和裂纹位移展开轮廓两个方面研究了复合材料性能参数对碳纳米管增强镁基复合材料断裂的影响。结果表明:界面层分离长度和厚度较大或碳纳米管长径比较小时对复合材料的界面分离影响较大;界面材料的杨氏模量和泊松比越大则裂纹位移展开轮廓就越大,并对能释放率的影响存在着最佳值。采用剪切滞后模型理论,分析碳纳米管增强镁基复合材料受载时作用在复合材料上各组分的应力;综合考虑复合材料各种强化机制的基础上,引入各组分性能参数对复合材料屈服强度的影响,建立碳纳米管增强镁基复合材料的屈服强度模型。结果表明:CNTs的长度对CNTs/Mg复合材料屈服强度的影响是有限;碳纳米管层数越多或分散越稀疏越不利于复合材料屈服强度的提高;并随着温度差的增加而增加;CNTs的体积分数对复合材料屈服强度的影响存在最佳值。这些表明该模型预测的复合材料屈服强度与实验结果有较好吻合。