将传统的均质材料通过组织结构调控得到的非均质材料或异质材料作为一种增强增韧结构,在纳米至微米尺度都得到了良好的实验结果,成为近年来的研究热点。而作为异质材料的一种,包含粗晶与细晶的双峰晶粒尺寸分布结构在镁合金强韧化方面有着巨大的发展潜力。但是对于其协调变形机理的研究及跨尺度提升金属材料整体稳定性的结构调控范围还需要进一步的探索。本研究把多晶材料当作颗粒复合体材料处理,其中不同尺寸的晶粒认为是不同类型的粒子,晶界作为基体。结合Taylor应变梯度塑性理论修正粒子加入后对基体的影响,构建了基于显微组织的有限元平面应变力学模型;同时根据Eshelby等效夹杂理论构建了多相Eshelby力学分析模型。然后采用这两个模型模拟了具有双峰尺寸结构的多晶AZ31高韧镁合金和GW83K高强镁合金的力学性能。具体研究了 AZ31镁合金中粗晶与细晶的分布、含量、形状对宏观力学性能的影响;然后又研究了由不同退火工艺下得到晶粒组织所对应的GW83K镁合金的力学性能。得到的结论如下:采用Taylor理论修正的多晶有限元平面应变模型模拟具有双峰晶粒分布组织的AZ31镁合金,合金中包含三种尺寸的晶粒分别为S晶粒（尺寸为2.5 μ m）,M晶粒（尺寸为5.2 μm）,L晶粒（尺寸为10.6 μm）,模拟得到的拉伸应力-应变曲线,与实验曲线基本符合,其中屈服强度与抗拉强度的差距均小于5%,验证了本模型的可靠性。然后依据多晶材料的断裂延伸率作为裂纹扩展临界应变,用于评估应变集中区域的裂纹形核、扩展倾向。进而研究了具有不同粗晶分布、粗晶含量和尺寸及平均晶粒尺寸均基本相同的混晶结构的AZ31镁合金的力学性能,模拟结果表明,粗晶的分布对AZ31镁合金整体强度性能影响不大,但粗晶分布不同,导致了周围的晶粒尺寸和分布的改变,使得滑移带的贯通受到了促进或阻碍。分析发现,滑移带的贯通多发生在粗晶和过渡晶粒中,在经过三叉晶界或较小的单个细晶时会出现较高的局部畸变,使得裂纹形核、扩展倾向增加;当滑移带经过较大的单/多个细晶时,滑移带的贯通将受到阻碍。因此,当细晶成片包裹粗晶时,能有效地缓解由于局部应变集中导致的裂纹开裂倾向。根据Eshelby等效夹杂理论,我们构建了多相Eshelby力学分析模型,模拟具有双峰晶粒分布组织的由三类晶粒组成的AZ31镁合金,模拟得到的拉伸应力-应变曲线与实验曲线吻合较好,验证了此模型的可靠性。然后,研究了三类晶粒的含量和形状对整体和各个晶粒相的力学性能的影响规律。模拟结果表明,细晶含量的提升会导致三类晶粒在变形过程中被分配到的应变（错配应变）和基体受到由晶粒加入带来的应变（扰动应变）的下降,而粗晶含量的提升会导致相反的趋势;整体的拉伸应力-应变曲线的变化趋势与错配应变的变化相反。可知细晶含量的上升会使得多晶材料整体更加协调。而错配应变和三类晶粒的受力变化不大,扰动应变的变化较为明显,由此可见,当晶粒含量的变化时,扰动应变为主要影响因素,错配应变为次要影响因素。而当晶粒几何形状从球形逐渐转变为椭球形时,该类晶粒在变形过程中所承担的载荷逐渐分配给其他两类晶粒,表现为错配应变和晶粒受力的降低,错配应变为主要影响因素。采用Taylor理论修正的多晶有限元平面应变模型模拟具有六类晶粒组织的GW83K镁合金的拉伸应力-应变曲线,与实验结果吻合很好,验证了此模型的有效性。然后研究了由不同退火工艺下得到晶粒组织所对应的GW83K镁合金的力学性能,模拟结果表明,GW83K镁合金的屈服强度和抗拉强度随着晶粒尺寸的增大而降低,其中屈服强度符合Hall-Petch关系。随着晶粒尺寸的增大,成片的粗晶区可以容纳更多的位错,导致了滑移带的宽化,而成片的细晶区则导致滑移带的收束,导致局部畸变程度提升。同时,本研究工作还包含对多晶组织进行识别的自主研发软件“颗粒复合体显微组织图像识别软件”的优化与升级工作,提升了它对二维图像批量处理能力及增加了多相识别模块,为后续的从显微组织到性能的高通量模拟计算打下基础。综上,对于具有双峰分布的镁合金,不同晶粒属性的改变可以有效地避免应力集中和进行应变分配,同时也可以协调材料内部不同区域的变形均匀性,这为提高材料的强度和塑性提供了一种新的设计思路。