在科学研究和工程应用中,金属结构材料强度和塑性的协同提升是材料科学家们不懈追求的方向之一。近年来,研究学者发现通过对微观结构进行定向调控实现的构型设计可以同时提高材料的强度和塑性,目前的研究热点集中于将构型设计应用于不同的工程材料以实现性能提升,较少关注构型设计对材料变形机制的影响及其提高材料综合性能的本质。本文面向金属结构材料的构型设计理念,旨在以层状结构为典型构型设计模型,聚焦钛-铝层状构型材料在受载过程中的变形行为,引入并开发同步辐射衍射技术,从局域应力的角度阐述了层状结构如何调控材料的变形机制,进而影响材料的力学性能,建立“构型参数-局域应力-变形行为-力学性能”间的关系。以工业纯钛和工业纯铝为原材料,通过真空热压、热轧及退火制备了不同层厚、层厚比的钛-铝层状构型材料。通过室温力学性能试验发现在钛-铝层状构型材料中存在特定的层厚比,即钛层厚度比铝层厚度为二比一时,钛-铝层状构型材料表现出最佳的综合力学性能。通过耦合SEM、EBSD技术的原位拉伸试验,研究了钛-铝层状构型材料在宏观单轴拉伸过程中的微观组织演化和变形行为。发现层状结构影响了层状构型材料中组元层的变形,铝层在层状结构中表现出沿晶断裂行为以及强化,而钛层在层状结构中表现出退孪生、基面织构变强等特征变形行为。对这类特征变形行为进一步分析表明钛-铝层状构型材料中铝层的滑移系开动受到抑制。一方面,滑移系开动不足导致铝晶粒之间变形协调性下降,引发了晶间开裂;另一方面,抑制滑移系启动延长了铝层的弹性阶段,导致了铝的强化。钛层中的基面织构强化源于拉伸过程中{10（?）2}拉伸孪晶的退孪生行为,该行为表面钛层变形过程中受ND方向局域应力分量影响。层状结构影响了组元层的局域应力,令组元层中的局域应力与宏观外加应力之间存在较大差异。开发了同步辐射白光劳厄衍射分析处理软件、同步辐射高能X射线衍射径向分析软件及同步辐射高能X射线衍射切向分析软件,并用于表征钛-铝层状构型材料的变形微结构和局域应力。铝层中变形行为存在分区,不同区域激活的滑移系不同,铝层中的局域应力为多轴拉应力,分切应力计算可以很好的预测其滑移系启动行为;钛层中存在沿ND方向的局域应力分量,促进了钛层中{10（?）2}拉伸孪晶的退孪生,局域施密特因子的计算结果与试验现象良好吻合,其织构演化基本符合考虑多轴应力状态的VPSC模拟预测。推导了层板热错配应力模型,模型指出层状构型材料中层厚比对热残余应力的影响效果大于单层厚度的影响,随着铝层厚度与钛层厚度的比值下降,铝层中的多轴热残余拉应力逐渐变强,当其超过铝层屈服点时,铝层初始组织为变形组织;钛层中的多轴热残余压应力随铝层厚度减薄逐渐减弱。当层厚比偏离1:1时,组元层存在沿ND方向的热残余应力分量。当钛-铝层状构型材料中铝层过薄时,铝层的初始组织为变形组织,随塑性变形进行迅速产生大量位错并形成亚结构,对钛层中局域应变集中区域扩展的抑制作用不明显;当铝层过厚时,铝层的变形行为存在分区,铝层在变形过程中会自发形成局域应变集中。只有当钛、铝层厚比适当（本课题体系中为2:1时）,钛层和铝层的变形兼具均匀性和连续性。结果表明可以通过层厚比实现残余应力设计从而调控局域应力,此外,通过改变组元间的变形协调性也是调控局域应力的潜在途径。