随着能源危机和环境污染问题的日益凸显,节能降耗已成为汽车发展的重要方向。其中,汽车车身轻量化是降低能耗、减少排放的主要途径之一。然而,随着汽车工业的快速发展对车身材料的性能要求不断提高,现有铝合金已无法满其高强韧、抗疲劳、耐冲击的苛刻要求。为此,本论文对具有高强度、高模量、高抗疲劳的原位纳米颗粒增强铝基复合材料（PRAMCs）进行制备、性能建模和损伤演化研究,为轻量化车身用高性能原位纳米PRAMCs研发和应用提供数据与理论支持。本文设计Al-Zr-B反应体系,采用熔体直接反应法制备原位ZrB₂/AA6016纳米复合材料,并采用数值模拟和试验研究相结合的方法,依据原位纳米PRAMCs的微观组织形貌对已有的复合材料性能预测模型进行优化,使其更适应原位纳米PRAMCs的性能预测,来指导复合材料的结构设计与制备。进一步借助有限元分析手段,探究复合材料的微观组织结构与变形行为、损伤演化的关系和规律,为原位纳米PRAMCs的强韧化结构设计提供依据。本研究的具体内容包括以下四个方面:（1）设计并制备了颗粒体积分数分别为1%、2%及3%的原位ZrB₂/AA6016Al纳米复合材料,并对其物相及微观组织形貌进行表征与分析。研究结果表明,随着颗粒体积分数的增加,复合材料晶粒尺寸不断减小,平均晶粒尺寸从未添加颗粒时的58.7μm,逐渐下降至52.9μm、35.1μm、22.9μm。该复合材料中的颗粒多以团聚形式存在,ZrB₂颗粒大多呈多边形,颗粒边数介于4⁶之间,约90%的ZrB₂颗粒直径介于30nm⁹0nm之间,平均直径约为61nm。（2）基于Eshelby等效夹杂理论,以原位ZrB₂/AA6016纳米复合材料为模型材料,同时将体积分数,颗粒形貌以及界面的特征参量融入模型,引入界面结构影响因子,建立有效预测原位纳米PRAMCs弹性模量的新模型。新模型的预测值与实验实测值吻合度更高,偏差绝对值不超过3%。（3）基于线性叠加的方法,综合考虑细晶强化、CTE强化、Orowan强化和颗粒承载强化四种强化机制,预测不同颗粒体积分数原位纳米PRAMCs的屈服强度,并引入颗粒分布影响因子,对Orowan强化模型和CTE强化模型进行优化,使屈服强度预测模型与实验值吻合度更高,偏差值不超过5%。（4）建立复合材料代表性体积元模型,模拟分析了原位纳米PRAMCs的受力变形和损伤演化过程。为分析颗粒团聚程度对损伤演化及变形过程的影响,分别建立了局部颗粒体积分数为15%,20%及25%的不同颗粒团簇程度的复合材料有限元模型,并施加连续位移载荷,模拟分析复合材料的损伤演化。结果表明,材料损伤多起始于近颗粒界面,且多位于颗粒尖角处。随着拉伸载荷的增大,损伤逐渐扩展至整个模型基体,最终导致模型发生失效断裂。对不同团聚程度的复合材料进行有限元模拟分析,结果表明在相同颗粒体积分数下,颗粒团聚程度越高,复合材料的延伸率越低;在保持颗粒团聚程度不变的情况下,颗粒体积分数升高会导致材料更早断裂。