纤维增韧陶瓷基复合材料（Continuous Fiber-Reinforced Ceramic Matrix Composites,CFCMCs）凭借其出色的力学性能如低密度,高强度,高模量,抗高温氧化腐蚀能力以及高韧性,在航空航天、核工程等领域有着不可替代的作用与优势。随着CFCMCs应用的领域越来越广泛,其服役的环境也变得愈加极端和复杂。因此,系统研究如何提高CFCMCs强韧化性能（如强度、韧性、高温性能等）具有重要意义。纤维、界面相和基体这三个组元是影响CFCMCs强韧化性能的主要因素,要设计CFCMCs强韧化性能,首先就需要分别针对各组元开展强韧化研究,深入分析与理解各组元的损伤机理和增韧机制。与纤维相比,基体与界面相可设计的空间相对更宽广,设计难度更小,近年来一直是研究热点。然而,影响基体与界面相性能的因素较多,通过实验方法未必能很好地定量评估微结构参数对损伤行为的影响。而数值模拟可以有效建立各组元微结构与其表观性能之间的定量关系,通过优化微结构来缩短工程应用的研发周期和降低成本。目前国内外对CFCMCs强韧性的数值模拟研究仍有一定的不足,主要体现在断裂模拟没有充分考虑微结构特征和性能评估表征方法不够完善等。针对上述问题,本课题基于有限元方法（FEM）,从结构力学角度分别模拟基体与界面相两个组元的断裂失效行为,引入以额外功、损伤耗散能等参数定量评估微结构参数对组元损伤程度和表观性能的影响,通过多尺度模拟技术构建微结构参数与组元表观强韧化性能之间的定量关系,为高性能CFCMCs材料的设计与制备提供有价值的参考与指导,实现CFCMCs材料强韧性能的可设计性。主要研究内容和结果如下:（1）构建Voronoi多边形来表示晶粒尺度微结构代表性体积元（RVEs）,采用内聚力模型（CZM）描述断裂失效行为,分别研究了平均晶粒尺寸晶界断裂能,晶界缺陷密度以及上述三参数之间的耦合作用对基体表观力学性能的影响。同时采用多尺度模拟技术通过参数传递构建微结构参数与宏观性能的定量关系。模拟结果表明,晶界断裂能（Eb）与基体材料的表观力学性能成线性关系;在没有缺陷的影响下晶粒尺寸（G）与表观强度之间也满足Orowan-Petch关系;晶粒尺寸（G）达到纳米尺度能有效提升韧性。然而,晶粒尺寸越小,基体材料的强度对晶界缺陷密度更为敏感。微结构参数与宏观性能之间的定量关系表明晶界断裂能（Eb）分别与晶粒尺寸（G）和晶界缺陷密度（ρ）之间成弱耦合作用,晶粒尺寸（G）与晶界缺陷密度（ρ）之间成强耦合作用。在上述研究的基础上,获得了微结构参数对基体材料力学性能的影响规律。（2）在工作（1）基础上,构建双尺度模型开展微结构参数对基体材料宏观抗热震性能影响的模拟研究。采用顺序热力耦合模型实现热力耦合场施加并用有限离散元法（FDEM）实现多裂纹扩展。模拟分析了平均晶粒尺寸,晶界断裂能以及热震温差对基体材料抗热震性能的影响。模拟热震裂纹损伤演化图,并结合损伤耗散能（ALLDMD）,热震影响因子（R）,裂纹密度等表征方法深入探讨基体材料热震过程的损伤机理,同时定量评估不同微结构参数对基体抗热震性的影响。损伤耗散能（ALLDMD）历史进程曲线表明,热震过程随时间推进可分为无损伤阶段（第一阶段）,热震裂纹形核阶段（第二阶段）,热震裂纹扩展阶段（第三阶段）。晶粒尺寸（G）减小和晶界断裂能（Eb）的增加都是导致第一阶段与第二阶段的时间延长,从而有效改善基体材料的抗热震性能。此外,热震裂纹密度增长速率与晶粒尺寸相关。不同初始热震温差（T0）的模拟工作表明,改变热震温差（T0）不会直接影响材料的临界热震温差,但会通过影响热震裂纹形核温差与热震裂纹扩展温差间接影响材料的抗热震性能。（3）在界面相组元强韧化的研究中,先以SiCf/Py C/SiC与Cf/Py C/Si C两种复合材料为研究对象,构建了具有不同界面相厚度的三维CFCMCs材料模型,分析单层界面相对复合材料微结构力学行为和性能的影响;再以（Py C-Si C）n多层界面相材料为例,分别构建了不同层数n和不同子层厚度的含单根纤维的三维CFCMCs材料模型,研究多层界面相对复合材料微结构力学行为和性能的影响。采用平均损伤变量（SDEG）与平均损伤耗散能（ALLDMD）来定量表征界面相的损伤情况与抵抗裂纹扩展的能力。结果表明,增加单层界面相厚度、多层界面相层数n和多层界面相子层厚度均会降低模型的拉伸强度,并且裂纹在经过更厚的界面相时倾向于脆性断裂。但多层界面相对模型拉伸强度的影响要弱于单层界面相。分析界面相的SDEG云图与平均SDEG值发现,单层界面相厚度增加、多层界面相层数n增加和多层界面相子层厚度增加均会导致中间相内部的应力场逐渐变得均匀化,减少界面相的损伤,从而增强了基体与纤维之间的结合,但不利于断裂韧性的提高。同时,分析平均损伤耗散能（ALLDMD）发现,增加单层界面相厚度、多层界面相层数n和多层界面相子层厚度均会使裂纹穿过界面相时所需的能量更低。然而,相同的界面相厚度下,多层界面相对裂纹的偏转能力比的单层界面相更好。此外,本工作还分别模拟了“As-received Fibers”和“Treated Fibers”两种纤维界面（As-received Fibers表示纤维/界面相界面力学强度要稍弱于界面相本身力学强度;Treated Fibers表示处理后的纤维/界面相界面力学强度要稍大于界面相本身力学强度）,以研究处于不同纤维/界面相界面结合强度状态的界面相对复合材料微结构力学行为和性能的影响。结果表明,不论是单层还是多层界面相,“Treated Fibers”的界面相抵抗裂纹扩展的能力比“As-received Fibers”强,前者凭借界面相内部的大量损伤表现出更好的增韧效果。