颗粒增强金属基复合材料（PRMMC）的数字材料模型是建立其多尺度模拟仿真的必要基础。建立数字材料模型的传统方法是三维CT扫描法和金相切片重构法。前者设备昂贵，且空间理论分辨率仅为1-2μm；后者耗时耗力，分辨率有限，所重构出的模型尺寸仅为~10μm级别，此外，由于增强相的实际分布存在不均匀性，在~10μm空间内增强相实际体积分数与理论体积分数不一致。此外，这两种方法不能生成虚拟结构用于探索未知新型结构。针对传统方法的不足，本项研究提出了建立PRMMC数字材料模型的计算机模拟新方法，在构建PRMMC的大尺寸逼真数字材料模型方面取得了突破，方法具有可控性、灵活性和高效性，可生成虚拟结构。所构建的PRMMC数字材料模型的定量金相统计分析结果与实验非常吻合，见图一，为后续PRMMC多尺度模拟仿真奠定了坚实基础。相关研究工作发表于Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 22 (2014) 035010。

　　对PRMMC宏观性能进行计算机预测是其多尺度模拟仿真的重要问题。基于逼真数字材料模型，进一步建立了PRMMC宏观等效性能预测的计算均匀化模型。研究发现：第一，单胞结构模型会严重低估等效热膨胀系数和泊松比，高估等效杨氏模量和等向硬化函数；第二，采用小尺寸逼真数字材料模型同样存在较大误差（但小于单胞结构模型的误差），精确计算PRMMC宏观性能需采用大尺寸逼真数字材料模型；第三，计算等效等向硬化函数时，逼真数字材料模型的尺寸选取取决于与温度和等效塑性应变的大小；第四，实际应用过程中，可均衡计算精度和效率，选取合适尺寸的逼真数字材料模型。相关系列研究工作发表于Compos. Struct., 113 (2014) 459、J. Mater. Sci. Technol.34 (2018) 627、Mech. Mater. 122 (2018) 96和Compos. Struct. 226 (2019)111281。

图1 颗粒增强金属基复合材料微观结构（RVE）建模：（a）3D逼真模拟微观结构，模型边长450 μm，（b）2D截面，（c）实际复合材料的金相结构;微观结构的定量金相分析直方图对比，包括（d）颗粒面积、（e）长径比和（f）颗粒直径。

图2 解析模型、单胞模型和逼真RVE模型预测的复合材料性能与实测性能对比：（a）杨氏模量，（b）泊松比，（c）热膨胀系数，（d）硬化函数。