活性结构/复合材料是一种具备附加化学反应能量释放能力的新型多功能材料,目前常见的活性结构材料存在强度低、在爆炸载荷及撞击条件下严重易破碎等技术难题,追求高密度、高强度、高活性的结构/复合材料成为本领域研究的热点与难点。本文针对一种大尺寸球形颗粒夹杂钛基复合材料的应用需求,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,开展球形夹杂钛合金材料结构力学性能研究,在拉伸试件断口形貌和金相分析基础上,研究了界面脱粘破坏机理,并且确立了数值模拟方案。然后,基于内聚力模型单元建立夹杂与基体的界面连接关系,探讨了夹杂尺寸、界面结合强度、夹杂体积比等因素对复合结构强度的影响规律,得到了该类大尺寸球形颗粒夹杂钛基类复合材料的失效强度与基体/夹杂几何与物理属性的关系,研究可以为该类结构/复合材料应用于高应变率动态载荷环境的方案设计提供技术基础。全文工作与主要结论包括:(1)讨论了采用粉末冶金方式锻造大尺寸钨珠夹杂钛合金基结构/复合材料的工艺,对中物院制备的一类球形夹杂钛合金结构材料进行了小尺寸试件的静态拉伸试验,获得了该结构材料的基本力学性能数据。结构材料的拉伸强度试验值介于界面粘结强度与本体强度之间。(2)基于弹性力学理论和应力集中理论,利用复变函数方法研究了三维回转体有限域夹杂的弹性应力应变场分布,分别对夹杂结构的基体部分夹杂部分利用有限域连通的模式建立表征位移和应力的复变函数。求解得到无限域夹杂结构的应力分布解析解,然后引入修正因子,从而得到有限域夹杂的近似解。最终得到与材料参数和夹杂尺寸有关的显式应力集中系数表达式,可为球形夹杂钛合金结构材料设计提供参考依据。(3)试件断口形貌和金相分析表明,在失效界面上夹杂脱粘的区域内,钨和钛两种成分同时存在且占比相当,可认为界面层由钛合金粉末和钨合金粉末的混合物构成,且界面区域强度低于基体以及夹杂强度。断口界面处的断裂方式呈现明显的剪切断裂特征,而断口远离界面部分逐渐显示明显韧性断裂的韧窝特征,表明其破坏方式为复合型破坏,可为试件拉伸失效破坏数值模拟方案确定提供依据。(4)在数值模拟模型的验证与确认(V&V)基础上,研究讨论了界面强度与韧性、夹杂分布等对球形夹杂钛合金结构材料力学性能的影响规律。界面强度的提高有利于改善结构材料的整体拉伸强度,但该影响并非线性增长,当界面强度处于基体强度的50～90%区间时该影响显示单增性。