本文以SiCp/Al复合材料为代表,采用试验和数值模拟相结合的方法从宏、细观力学角度研究了颗粒增强金属基复合材料中的颗粒尺寸效应。首先采用粉末冶金方法制备了体积分数为20%的四种不同颗粒尺寸(1μm、5μm、20μm和56μm)的SiCp/Al复合材料。然后利用扫描电镜、透射电镜观察了复合材料的微观组织结构。研究了含不同颗粒尺寸复合材料的室温拉伸性能;分析了不同颗粒尺寸的引入对SiCp/Al复合材料热膨胀行为和热导率的影响规律。在试验的基础上,应用Taylor非局部应变梯度塑性理论与有限元法相结合的方法对复合材料的颗粒尺寸效应进行了研究。采用二维多颗粒随机分布单胞模型,对复合材料的力学行为,热残余应力场、叠加残余应力场时复合材料力学行为等进行了有限元数值模拟,并提出了一种确定复合材料屈服强度的方法。试验结果表明,复合材料的位错密度和热残余应力随着颗粒尺寸的增大而减小。拉伸性能研究表明,颗粒尺寸对复合材料拉伸变形行为有影响。复合材料的屈服强度,抗拉强度和加工硬化率均随着颗粒尺寸的减小而增大。当颗粒尺寸小于5μm时,这种影响非常显著。复合材料的微屈服强度随着颗粒尺寸的增大而先减小,而后增大。由拉伸断口分析可知,复合材料的断裂机制也受颗粒尺寸的影响,随着颗粒尺寸的增加,复合材料的断裂机制逐渐由基体的韧性断裂向颗粒本身的断裂为主要的断裂损伤过渡。通过在Eshelby等效夹杂模型中考虑位错强化和颗粒的开裂作用,可以很好的模拟颗粒尺寸对复合材料应力-应变曲线的影响。热膨胀分析表明,增强体颗粒尺寸影响SiCp/Al复合材料的热膨胀行为。复合材料的热膨胀系数和随温度增加的速率均随着颗粒尺寸的增大而增大。通过复合材料的热残余应力和基体的局部塑性变形分析了颗粒尺寸与热膨胀行为之间的关系。导热分析表明,SiCp/Al复合材料的导热系数随着颗粒尺寸的减小而减小。在有限元模型方面,采用Taylor非局部应变梯度塑性理论研究了颗粒增强铝基复合材料中铝基体的弹塑性本构方程,避免了本构关系中含有高阶项,方便了计算。建立了二维多颗粒随机分布单胞有限元模型,用以模拟复合材料的力学行为。模拟结果与试验结果在趋势上基本一致,即随着颗粒尺寸的减小,增强体的强化效果越显著。从而克服了传统弹塑性理论无法对颗粒尺寸效应解释的不足。随着颗粒尺寸的减小,复合材料由载荷传递为主要强化机制向位错强化机制过渡。复合材料失效模式也随着颗粒尺寸的变化而变化,大颗粒增强的复合材料容易发生颗粒断裂失效,而小颗粒增强的复合材料的基体容易发生空洞的形核、长大,这与试验结果也是一致的。通过研究基体和颗粒之间的载荷分配随复合材料应变之间的关系,提出了一种确定复合材料屈服强度的方法,该方法可以较好的反映出复合材料的动态屈服行为及颗粒尺寸对复合材料屈服行为的影响。模拟结果发现,随着颗粒尺寸的增大,复合材料的热残余应力减小;热残余应力对复合材料的宏观应力-应变曲线的影响不大。方形颗粒比球形颗粒更有利于载荷的传递,使复合材料的流变应力增大。