聚合物矿物复合材料是通过振动以及固化制成的多相复合材料,其骨料成分主要为矿物颗粒,粘结料成分主要为改性聚合物,并添加细砂等作为填料,具有优异的热稳定性、抗阻尼性、耐腐蚀性等特点,目前广泛应用于制造机床床身。计算材料学的不断发展,使得愈来愈多的科研工作者开始通过计算机构建聚合物矿物复合材料的细观结构模型,用以研究不同组分及其致密度和分布对材料性能的影响,并对材料细观结构进行优化设计。然而,目前高密度细观结构模型的生成算法依然在快速发展;对工程实际中广泛存在的非均质结构还缺乏理想的描述模型;传统的建模方法因建模效率的限制还难以应用于大型构件。为了开发更优性能的聚合物矿物复合材料,其细观结构的建模与模拟一直是该领域的研究热点。针对上述问题,本文展开了以下研究:（1）提出了一种骨料缩胀缩方法,构建了高骨料含量即高致密度聚合物矿物复合材料细观结构模型。首先将骨料缩小后投放,然后利用热胀冷缩原理在有限元软件中对缩小骨料施加温度载荷,使之热膨胀并产生塑性变形和相互挤压,然后再进行弹性收缩。该方法不仅建模效率高,骨料致密度大,还可产生骨料互锁现象,使得材料模型与实际结构更加接近。（2）提出了利用正态分布函数和线性函数构成复合函数的算法,构建了骨料非均质分布的结构模型。按照该复合函数,使骨料在某一方向上按照尺寸级配分段分布,而在另一方向上随机均匀分布,从而模拟工程实际中的故意非均质或离析结构。（3）通过骨料平移与切割算法,将与模型边界相交的骨料与对侧边界处的相应骨料搭接成完整骨料,并在缩胀缩方法中固定这些骨料,最终形成具有周期性边界的结构模型。（4）将上述周期性结构模型进行周期性复制,最终获得大型构件的结构模型,大大提高了建模效率。通过有限元模拟,分析了骨料致密度、骨料形状等因素对材料弹性模量的影响,验证了在规避骨料形状对骨料致密度的影响后,骨料形状相似模型的弹性模量和热膨胀系数随骨料致密度的变化规律。本研究通过构建高致密度非均质聚合物矿物复合材料结构的周期性模型和数值模拟,分析了材料的热力学性能,对于材料开发、结构设计、性能预测,以及零部件的性能分析,具有十分重要的意义。