复合材料的热力学性能一直是人们研究的方向,其中热残余应力和热膨胀系数研究的最多。本文通过建立不同的细观模型,分别研究了纤维增强复合材料的热残余应力和三相颗粒增强复合材料的热膨胀系数,并就其影响因素进行了详细的分析。本文针对求解纤维增强复合材料的热残余应力,建立了经典的双圆柱细观力学模型。复合材料在温度变化的环境下,基体和纤维会随着温度的变化膨胀伸长,产生相应的热应力,基体和纤维的热膨胀系数的不同使得它们在膨胀过程中会产生一个位移差,但是在实际过程中并没有产生这样的一个位移差。这是因为基体与纤维之间在变化的过程中由于粘结作用而产生的一个相互作用力,这个作用力的存在使得基体与纤维能够在膨胀过程中保持着粘合状态。基于胡克定律,得到应力应变的基本方程。对于弹性基体,基体内的剪应力的大小与纤维的距离成反比,得到内部轴向剪应力方程。考虑基体与纤维的未脱粘的情况,得到纤维与纤维的外围基体的接触面的变形协调条件。由于残余应力是一种内应力的平衡,可得到平衡公式,最终求得热残余应力表达式。本文提出了一种预测复合材料热膨胀系数的等效细观力学方法,并且建立了三相颗粒增强复合材料的模型。相比于其他的分析模型,本文分析了脱粘界面厚度对于材料的热膨胀系数的影响,并且分析了夹杂颗粒的长径比、体积分数对于热膨胀系数的影响,并且得出了一些结论。本文基于Eshelby等效夹杂理论,运用Mori-Tanaka方法进行热膨胀系数的公式推导。研究结果发现,复合材料的热膨胀系数对脱粘界面厚度、夹杂颗粒长径比、体积分数十分敏感,变化显著。通过数值计算得出的结果与参考文献进行对比,发现热膨胀系数变化趋势与参考文献结果较为符合并且本文的结果在某些方面更具有一定的优越性。