颗粒增强金属基复合材料（particle reinforce metal matrix composites,PRMMCs）因其优异的物理和力学性能,及可设计性强、工艺完善、成本低等制备特质,成为了工程领域最具潜力的候选材料之一。面对日益增长的应用需求,需要对PRMMCs进行更加科学全面的变形及失效机理研究。PRMMCs断裂破坏行为本质上是微纳尺度微裂纹向宏观裂纹扩展的多尺度复杂演化过程。本研究基于近场动力学理论（Peridynamics,PD）,结合分子动力学方法（Molecular Dynamics,MD）,构建了针对PRMMCs的微纳观/介观尺度顺序耦合多尺度模型,率先对PRMMCs在准静态载荷和强动载作用下的变形和裂纹扩展建立了一套系统、科学的多尺度研究方案。取得的创新性成果如下:（1）构建PRMMCs的原子尺度模型,揭示微纳观尺度下复合材料的变形与失效机理。利用分子动力学构建了纳米陶瓷颗粒增强多晶铝基复合材料模型,研究表明,在微纳观尺度下PRMMCs力学性能增强的本质原因是颗粒对基底内部晶体运动及剪切带形成造成的阻碍。团簇颗粒阻挡局部位错滑移形成的作用更加明显,导致严重的应变分布局域化,进而造成复合材料强度的提高以及延展性的降低。（2）构建针对PRMMCs的微纳观/介观尺度顺序耦合多尺度普适性模型,验证多尺度模型可靠性。通过分子动力学模拟获取近场动力学计算中异质界面键本构函数所需参数,并在此基础上针对多尺度模型开发了介观尺度下PRMMCs的近场动力学计算程序,首次将近场动力学理论应用于针对PRMMCs变形与失效机理研究中,从而构建了针对PRMMCs的微纳观/介观尺度顺序耦合多尺度普适性模型,克服了传统连续介质力学模型解决不连续问题时的困难。对多尺度耦合模型进行准静态加载和动力加载模拟,将相关参数曲线及失效模式与已有的实验和模拟研究进行对比验证,确保了多尺度耦合模型的可靠性和普适性。（3）基于多尺度模型,研究准静态载荷作用下PRMMCs的变形与断裂扩展机制。通过改变颗粒形状及界面强度,系统研究PRMMCs在准静态加载下颗粒对裂纹萌生和扩展演化机制的影响。研究表明,颗粒形状对材料内部的应力集中状态有着显著的影响,进而影响到材料的断裂性质。当颗粒形状或界面强度发生改变时,能观察到断裂模式从基底失效到界面脱粘的转变。基于所构建的多尺度模型,计算模拟能够呈现准静态载荷作用下PRMMCs的变形与界面脱粘、裂纹扩展演化全过程,弥补了传统实验无法观察研究PRMMCs裂纹扩展机理的缺陷,体现了该多尺度模型在针对PRMMCs裂纹萌生及扩展演化表征等方面的独到优势。（4）基于多尺度模型引入率相关本构,揭示不同加载速率下PRMMCs的动态裂纹扩展机理。本研究在PD模型中引入修正的Johnson-Cook模型,首次在PD中考虑了PRMMCs失效模式的应变率效应。模型的理论解以及模拟结果均与实验结果吻合良好,验证了模型的正确性。在对多个加载速率下材料的力学响应进行分析时发现,应变率的改变对强度、延展性等材料整体的力学性能有着重要影响。当应变率达到阈值时,材料整体的应力应变状态发生了改变,且失效模式从基底破坏演化为颗粒破碎。此外,颗粒体积分数的提高也会导致失效模式逐渐演变为颗粒破碎。基于本研究所构建多尺度普适性模型的计算模拟能够完整追踪PRMMCs的变形、颗粒贯穿与动态裂纹扩展演化全过程,克服了传统实验通过原位观察研究PRMMCs动态裂纹扩展机理的困难,体现了该多尺度模型在针对PRMMCs动态裂纹扩展演化表征等方面的优势。（5）构建石墨烯-碳化硅颗粒-铝基三相模型,讨论掺杂石墨烯对PRMMCs整体力学性能作用的强化机理。该项工作首先基于分子动力学理论建立石墨烯包裹碳化硅颗粒增强多晶铝基复合材料模型。分析结果表明,在微观尺度下石墨烯的强化作用主要体现在降低界面原子势能以及提高颗粒弹性模量,进而导致复合材料强度的提高及延展性降低。其次,建立针对PRMMCs的有限元模型,在该尺度下石墨烯的强化作用主要通过对基底力学性能的热错配强化、Orowan强化以及细晶强化三种方式来体现。随着颗粒体积分数的提高以及颗粒尺寸的减小,石墨烯的强化效果变得更加明显。