金属基复合材料的力学性能
金属基复合材料的界面改性及其对力学性能的影响
金属基复合材料的界面改性及其对力学性能的影响引言金属基复合材料以其优异的性能在诸多领域得到广泛应用。
金属基复合材料的力学性能是其最关键的性能之一，而界面改性被认为是改善金属基复合材料力学性能的有效手段。
本文将探讨金属基复合材料界面改性的方法及其对力学性能的影响。
一、界面改性的方法1. 化学方法化学方法是一种主要的界面改性方法，其通过在金属和增强相之间引入化学反应，在界面形成新的化合物或强化原有界面层结构。
例如，采用化学气相沉积方法在金属基复合材料界面生成一层薄膜，可以增强界面的结合能力和耐磨性。
2. 物理方法物理方法是另一种常用的界面改性方法，其通过物理手段在金属基复合材料界面形成一层特定结构或材料层。
例如，采用光照或离子束辐照方法可以在界面生成纳米粒子或形成多孔结构，从而增强界面的强度和抗蠕变性能。
二、界面改性对力学性能的影响1. 界面改性提高复合材料的界面结合强度界面改性可以增强金属基复合材料的界面结合强度，使得两种材料更好地协同工作。
界面结合强度的提高可以有效地防止界面剥离和裂纹扩展，从而提高复合材料的抗拉强度和韧性。
2. 界面改性改善复合材料的耐磨性能界面改性可以提高金属基复合材料的耐磨性能，在复杂环境条件下保护材料表面免受磨损。
通过引入陶瓷增强剂或在界面层形成硬化层，界面改性可以显著提高金属基复合材料的硬度和耐磨性，延长其使用寿命。
3. 界面改性增强复合材料的抗蠕变性能在高温或长时间加载条件下，金属基复合材料容易发生蠕变现象。
界面改性可以通过提高界面结合强度和阻止位错滑移，抑制复合材料的蠕变变形。
该性能的提高使金属基复合材料在高温环境下具有更好的稳定性和可靠性。
4. 界面改性提升复合材料的导热性能金属基复合材料的导热性能对于一些特定应用非常重要。
界面改性可以优化界面层的热传导路径，并提高复合材料的导热性能。
通过在界面层引入导热剂或形成梯度结构，界面改性可以显著提高金属基复合材料的导热性，满足高热传导性能的需求。
金属基复合材料
Metal－Matrix
发展方向
1、大力研究发展颗粒增强的铝基、镁基复合材料。
• 国际ALCON公司已建成年产1.1万吨颗粒增强铝基复合材 料型材、棒材、锻材、铸锭以及零件的专业工厂。生产的 SiCp/Al（Mg）锭块单重达596公斤。
2、高温金属基复合材料的研究
Metal－Matrix
缺点
1、金属基复合材料在基体屈服以前的一个较小范围内，应力应变关系才 是线性的。除非采用很硬的基体，否则在拐点以上，金属基复合材料的 有效弹性模量就不再明显大于树脂基复合材料。 一般来说，树脂基复合材料在纤维方向具有很好的线性弹性，具有很高 的比强度和比刚度。这是金属基复合材料所不及的。 2、剪切强度和层间拉伸强度较低 与金属基体材料相比，金属基复合材料的面内剪切强度、层间剪切强度、 横向拉仲强度和层间拉仲强度都比较低。与纤维方向金属基复合材料的 拉、压强度比就更低。但与树脂基复合材料的这些性能比，又强得多。 提高界面的结合强度，可提高这些性能，但冲击强度下降。 3、在抵抗某些环境腐蚀方面，金属基复合材料不如树脂基复合材料。 4、在金属基复合材料制造过程中，涉及到高温、增强材料的表面处理、 复合成型等复杂工艺。因此，金属基复合材料很难制造、成本很高。 5、金属基复合材料密度较大。 6、由于金属基复合材料的研究起步较晚，再加上实际应用范围和制造成 本等因素的影响，目前金属基复合材料的技术水平落后于聚合物基复合 材料和陶瓷基复合材料。
应用
3、电子材料工业 • 电子材料工业，特别是近年来蓬勃发展的微电子工业，对材料有较高的使用
要求。SiC颗粒增强铝基复合材料，可通过调节SiC颗粒的含量使其热膨胀系 数于与基材匹配，并且具有导热性好、尺寸稳定性优良、低密度、适合钎焊 等性能。用它代替钢/钼基座，可以改善微电子器件的性能。 • 硼/铝复合材料用作多层半导体芯片的支座，是一种很好的散热冷却材料，由 于这种材料导热性好、热膨胀系数与半导体芯片非常接近，故能大大减少接 头处的热疲劳。 • 石墨纤维增强铜基复合材料的强度和模量比铜高，又保持了铜的优异的导电 和导热性能。通过调节复合材料中石墨纤维的含量及排布方向，可使其热膨 胀系数非常接近任何一种半导体材料，因此被用来制造大规模集成电路的底 板和半导体装置的支持电板，防止了底板的翘曲和半导体基片上裂纹的产生， 提高器件稳定性。 • 在大型蓄电池中的铅电极自重大、刚性差，容易翘曲引起短路，影响电解过 程的正常进行。用碳纤维增强铅的复合材料，既保持原来优良的电化学性能， 又使强度和模量提高，不易翘曲，同时减小蓄电池的体积。
金属基复合材料的主要特点
金属基复合材料的主要特点金属基复合材料（Metal Matrix Composites, MMCs）是一种由金属或合金作为基体，与一种或多种其他材料（如陶瓷、石墨、碳纤维等）作为增强相组成的复合材料。
这种材料结合了金属和非金属材料的优点，具有许多独特的性能特点。
以下将详细阐述金属基复合材料的主要特点，包括其力学性能、热稳定性、耐磨性、抗腐蚀性以及设计灵活性等方面。
一、优异的力学性能金属基复合材料最显著的特点之一是其优异的力学性能。
由于金属基体具有良好的韧性和塑性，而增强相则具有高强度和高刚度，因此金属基复合材料在保持金属基体良好塑性的同时，能够显著提高材料的强度和刚度。
这种优异的力学性能使得金属基复合材料在航空航天、汽车、机械等领域具有广泛的应用前景。
二、良好的热稳定性金属基复合材料通常具有良好的热稳定性，能够在高温环境下保持较好的力学性能。
这是因为金属基体本身具有较好的导热性和热膨胀性，而增强相则能够有效地阻碍热裂纹的扩展。
因此，金属基复合材料在高温环境下具有较好的结构稳定性和耐久性，适用于高温工况下的结构件和零部件。
三、出色的耐磨性由于增强相的加入，金属基复合材料的硬度和耐磨性得到了显著提高。
在摩擦过程中，增强相能够有效地承受和分散载荷，减少磨损和剥落。
因此，金属基复合材料在摩擦磨损严重的场合（如轴承、齿轮等）具有广泛的应用前景。
四、优异的抗腐蚀性金属基复合材料中的增强相通常具有较好的化学稳定性，能够有效地提高材料的抗腐蚀性能。
此外，通过合理的成分设计和表面处理，还可以进一步提高金属基复合材料的耐腐蚀性能。
这使得金属基复合材料在化工、海洋等腐蚀环境中具有广阔的应用前景。
五、设计灵活性高金属基复合材料的设计灵活性较高，可以通过调整基体和增强相的成分、含量和分布来实现对材料性能的定制和优化。
例如，通过改变增强相的种类、形状和取向，可以调整材料的强度和刚度；通过调整基体的成分和处理工艺，可以改善材料的塑性和韧性。
材料学中的金属基复合材料研究
材料学中的金属基复合材料研究在材料学领域中，金属基复合材料一直是研究的热点之一。
金属基复合材料指的是将两种或更多种不同性质的材料进行组合，以获得具有更优异性能的新材料。
本文将探讨金属基复合材料的研究内容、应用领域以及未来发展趋势。
一、金属基复合材料的研究内容金属基复合材料的研究内容涉及多个方面，包括材料的制备方法、微观结构与力学性能的关系以及复合界面的研究等。
首先是金属基复合材料的制备方法。
制备金属基复合材料的方法通常包括粉末冶金、熔体浸渍、覆盖层、弹性复合等。
每种方法都有其优缺点和适用范围，研究人员需要根据具体的应用需求选择适合的方法。
其次是对金属基复合材料的微观结构与力学性能之间的关系进行研究。
微观结构包括金属基体、增强相和界面三部分。
研究表明，增强相形态、分布和尺寸对材料力学性能有着重要影响。
通过优化复合材料的微观结构设计，可以提高材料的强度、硬度、韧性等性能指标。
最后是复合界面的研究。
金属基复合材料的界面是指增强相与基体之间的接触面。
优质的界面结合能够提高材料的力学性能，而弱的界面结合则容易导致应力集中和断裂。
因此，研究人员致力于寻找新的界面改性方法，例如添加界面反应层或采用界面改性剂，以提高界面结合强度和界面的稳定性。
二、金属基复合材料的应用领域金属基复合材料具有优异的性能表现，因此在多个领域有着广泛的应用。
以下是金属基复合材料常见的应用领域之一：1. 轻量化领域：金属基复合材料具有高比强度和高比刚度的特点，对于航空航天、汽车和高铁等领域的轻量化设计具有重要意义。
例如，使用铝基复合材料可以有效减轻飞机的自重，提高燃油经济性。
2. 功能材料领域：金属基复合材料可以通过添加适量的增强相实现特定功能。
例如，添加碳纤维增强相的金属基复合材料具有良好的导电性和耐腐蚀性，可应用于电子器件和化学工业等领域。
3. 高温材料领域：金属基复合材料具有良好的高温稳定性和耐腐蚀性能，常用于燃气轮机和核工程等高温环境下的应用。
碳纳米管增强金属基复合材料的力学性能研究
碳纳米管增强金属基复合材料的力学性能研究近年来，碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）作为一种新型纳米材料，引发了广泛的研究兴趣。
由于其优异的力学性能和独特的结构，碳纳米管成为改善传统材料性能的理想增强剂。
本文旨在探讨碳纳米管增强金属基复合材料在力学性能方面的研究现状和发展趋势。
首先，碳纳米管作为增强剂，可以显著改善金属基材料的强度和硬度。
研究证实，当碳纳米管掺杂在金属基复合材料中时，由于其高强度和刚度，可以有效抵抗金属晶粒的滑移和扩散，从而提高材料的抗拉强度和屈服强度。
同时，碳纳米管还能增加复合材料的硬度，因为其针状结构可阻碍位错的运动，从而使材料更难发生塑性变形。
其次，碳纳米管对金属基复合材料的韧性和断裂韧度也有显著的影响。
相比于纯金属材料，碳纳米管可以增加复合材料的断裂韧度。
这是因为碳纳米管具有高强度和高韧性的特点，能够吸收和分散外载荷，在复合材料中形成桥梁效应，提高其韧性。
此外，由于碳纳米管材料表面的高能位缺陷，能够吸附并扩散裂纹的尖端，进一步抑制裂纹的扩展速率，从而提高复合材料的断裂韧度。
不仅如此，碳纳米管还可以提高金属基复合材料的疲劳寿命和耐蚀性。
由于其高强度、高模量和良好的润湿性，碳纳米管可以抵抗金属表面的应力腐蚀和疲劳裂纹扩展，延长金属基复合材料的使用寿命。
同时，碳纳米管还能够吸附和吸收金属表面的有害离子和分子，提高复合材料的耐腐蚀性能。
然而，在实际应用中，碳纳米管增强金属基复合材料还面临一些挑战。
首先，碳纳米管的分散性是影响复合材料力学性能的重要因素。
碳纳米管的高表面能使其易于团聚，在复合材料中形成团簇，导致性能不稳定。
因此，如何实现碳纳米管在金属基复合材料中的均匀分散是当前亟待解决的课题。
此外，碳纳米管与金属基材料之间的界面相互作用也是影响复合材料性能的关键因素之一。
界面的相容性和结合强度直接影响复合材料的力学性能。
寻找合适的界面改性方法和结构设计，以增加碳纳米管与金属基材料之间的结合力，实现优化的界面效果，是进一步提高复合材料性能的重要课题。
金属基复合材料的特性
金属基复合材料的特性金属基复合材料是一种由金属基体和非金属增强相组成的材料。
它具有独特的特性，使其在许多领域得到广泛应用。
本文将介绍金属基复合材料的特性，包括高强度、高刚度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性。
1. 高强度金属基复合材料具有较高的强度，这是由于增强相的加入使其具有更好的抗拉强度和屈服强度。
增强相可以是纤维、颗粒或片状材料，如碳纤维、陶瓷颗粒或硼片。
这些增强相的加入可以有效地提高金属基体的强度，使其在承受高载荷时不易发生变形或破裂。
2. 高刚度金属基复合材料的刚度也较高，这是由于增强相的加入使其具有更好的抗弯刚度和剪切刚度。
增强相的加入可以有效地提高金属基体的刚度，使其在受力时不易发生变形或屈曲。
这使得金属基复合材料在需要高刚度的应用中具有优势，如航空航天、汽车和船舶制造等领域。
3. 耐磨性金属基复合材料具有较好的耐磨性，这是由于增强相的加入使其具有更好的耐磨性能。
增强相可以有效地提高金属基体的硬度和耐磨性，使其在摩擦和磨损环境中具有更长的使用寿命。
这使得金属基复合材料在需要耐磨性的应用中得到广泛应用，如机械零件、刀具和轴承等领域。
4. 耐腐蚀性金属基复合材料具有较好的耐腐蚀性，这是由于增强相的加入使其具有更好的耐腐蚀性能。
增强相可以有效地提高金属基体的抗腐蚀能力，使其在腐蚀介质中具有更长的使用寿命。
这使得金属基复合材料在需要耐腐蚀性的应用中得到广泛应用，如化工设备、海洋工程和石油钻探等领域。
5. 导热性金属基复合材料具有较好的导热性，这是由于金属基体的导热性能较好。
金属基体可以有效地传导热量，使其在需要导热性的应用中具有优势，如散热器、电子器件和航空发动机等领域。
综上所述，金属基复合材料具有高强度、高刚度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性等特性。
这些特性使得金属基复合材料在许多领域得到广泛应用，如航空航天、汽车、机械制造和化工等领域。
随着科技的不断进步，金属基复合材料的特性将得到进一步的提升和应用拓展。
中间相沥青基碳纤维金属基复合材料
中间相沥青基碳纤维金属基复合材料中间相沥青基碳纤维金属基复合材料一、引言中间相沥青基碳纤维金属基复合材料是一种重要的结构材料，具有广泛的应用前景。
它由中间相沥青基体和碳纤维增强体构成，同时具备了沥青基材料的优良性能和碳纤维增强材料的高强度、高刚度等特点。
本文将从不同角度出发，对中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的深度和广度进行评估和探讨，力求为读者全面理解该复合材料的性能和应用提供有价值的信息。
二、中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的优点1. 高强度和高刚度：碳纤维增强体的加入使得复合材料具备了优异的强度和刚度，适用于各种结构件的制造。
2. 轻量化：相比于金属材料，中间相沥青基碳纤维金属基复合材料具有较低的密度，可以降低结构的整体重量。
3. 耐腐蚀性：中间相沥青基体具有良好的耐腐蚀性能，可以在多种恶劣环境中使用，延长结构的使用寿命。
4. 易加工性：中间相沥青基材料可通过热压、压模等工艺进行成型，成本相对较低且加工过程相对简单。
三、中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的性能评估1. 力学性能中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的力学性能是其应用中最重要的指标。
通过实验和数值模拟的方法可以评估材料在拉伸、弯曲、剪切等加载条件下的力学性能特性，如强度、刚度、断裂韧性等。
这些评估结果可以帮助工程师选择合适的复合材料用于不同结构工程的设计和制造。
2. 耐热性能中间相沥青基碳纤维金属基复合材料在高温环境中的性能表现是评估其耐用性和可靠性的关键。
通过热循环实验、热导率测试和热膨胀系数测试等可以评估材料的耐热性能。
这些评估结果有助于确定材料在高温工况下的适用性和工程设计的安全性。
3. 导电性能由于碳纤维增强体的加入，中间相沥青基碳纤维金属基复合材料具有优异的导电性能。
通过测试材料的电阻率和热导率等指标，可以评估材料的导电性能，为电子设备散热、防雷和静电保护等应用提供技术支撑。
四、中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的应用领域1. 航空航天中间相沥青基碳纤维金属基复合材料具有轻量化和高强度的特点，适用于航空器结构件的制造，如机翼、尾翼、机身等。
难熔金属基复合材料的微观结构与力学性能研究
难熔金属基复合材料的微观结构与力学性能研究难熔金属基复合材料是一种具有广泛应用前景的高强度、高温耐腐蚀性能的材料。
它常常被应用于航空航天、能源、汽车等领域的高温、高压条件下。
为了了解难熔金属基复合材料的微观结构与力学性能之间的关系，研究人员对其进行了详细的研究。
首先，我们来了解一下难熔金属基复合材料的组成和制备过程。
难熔金属基复合材料通常由难熔金属基体和强化相两部分组成。
难熔金属基体的选择取决于所需的力学性能和应用环境，常见的难熔金属包括钨、钽、铌等。
而强化相通常可以选择纤维增强材料、颗粒增强材料或者化合物增强材料。
制备过程包括粉末冶金、热等静压、熔融浸渗等工艺。
难熔金属基复合材料的微观结构对其力学性能有着重要影响。
微观结构是指材料在微观尺度上的组织和成分分布。
通过显微观察和电子显微镜技术，可以发现难熔金属基复合材料中的强化相分布情况、界面结合情况以及晶粒尺寸等。
这些微观结构参数直接决定了材料的力学性能，如强度、韧性、疲劳寿命等。
难熔金属基复合材料中的强化相起到了增强材料的作用。
在复合材料中，强化相的加入可以提高材料的韧性和强度。
强化相与金属基体之间的界面结合情况对复合材料的性能也有重要影响。
良好的界面结合能够增强界面的力学性能和传递载荷的能力，从而提升复合材料的整体性能。
另外，难熔金属基复合材料中晶粒尺寸也对其力学性能产生重要影响。
通常来说，细小的晶粒可以提高材料的塑性变形能力和抗疲劳性能。
这是因为细小的晶粒可以阻碍位错运动，从而增加材料的强度和硬度。
此外，细小的晶粒还有助于增加材料的导热性能和抗腐蚀性能。
除了微观结构之外，难熔金属基复合材料的力学性能也与其宏观力学性质有关。
通常来说，难熔金属基复合材料具有高强度、高刚度、高韧性和高耐热性能。
这些力学性能的提升主要归功于复合材料中强化相的作用。
强化相可以通过限制金属基体的位错运动，增加复合材料的强度和硬度。
同时，强化相还可以增加复合材料的断裂韧性，提高其抗剪切和抗拉伸能力。
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金属基复合材料的力学性能
以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。
按所用的基体金属的不同，使用温度范围为350～1200℃。
其特点在力学方面为横向及剪切强度较高，韧性及疲劳等综合力学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点。
例如碳纤维增强铝复合材料其比热度3～4×107mm，比模量为6～8×109mm，又如石墨纤维增强镁不仅比模量可达1.5×1010mm，而且其热膨胀系数几乎接近零。
金属基复合材料按增强体的类别来分类，如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按金属或合金基体的不同，金属基复合材料可分为铝基、美基、铜基，钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。
由于这类复合材料加工温度高、工艺复杂、界面反映控制困难、成本相对高，应用的成熟程度远不如树脂及复合材料，应用范围较小。
近年来,金属基复合材料以其高的比强度、比模量、较好的耐热性能,良好的抗蠕变、抗疲劳、抗磨损性能,以及低的热膨涨系数受到了广泛的重视,在航空航天及汽车工业等领域有着广阔的应用前景。
颗粒增强金属基复合材料被认为是制造汽车发动机连杆、活塞及刹车片等零件的优良材料;纤维增强金属基复合材料已被用来制造航天飞机轨道器主骨架、制动器支撑架及火箭发动机壳体等[1,2]。
但是,金属基复合材料在高温制备的冷却过程中由于组分间热膨胀系数(C T E)的差异,会产生较大的热残余应力,通常基体相为拉应力,增强相为压应力。
当C T E差异较大时,即使温度变化很小,也会在基体中产生较大的微观热应力,在界面形成应力集中。
大量的研究表明,复合材料中的热残余应力对其力学性能有至关重要的影响。
例如,存在较高残余应力的复合材料中,基体中亚晶粒的尺寸明显低于未增强基体合金中亚晶粒的尺寸,而位错密度却比未增强基体合金高10~20倍;另外,复合材料由于残余应力的存在,导致在
远低于0. 2的应力下, 应力应变曲线便开始偏离线性关系, 复合
材料的比例极限接近或略低于基体合金;同时,复合材料中的残余拉应力会导致复合材料压缩屈服强度较拉伸屈服强度高.
金属基复合材料热残余应力产生必须具备的条件有:(1)基体与增强体之间界面结合良好;( 2)温度变化;( 3)增强体与基体之间的热膨胀系数差异。
除了与上述因素有关外,热残余应力还受增强相体积分数、形状和长径比等因素的影响。
当增强相的体积分数增加时,增强相间的相互作用增大,基体中热残余应力将增加。
增强相的形状和长径比主要通过影响热应力松弛情况来影响残余应力的大小
对于金属基复合材料热残余应力的分析主要通过实验研究
和模拟分析的方法。
而在实验研究中,以前的有损分析,包括钻孔法、环芯法等,由于对材料的破坏性,几乎已经不用,取而代之的是无损分析, 例如X 射线衍射和中子衍射等。
理论分析材料的残余应力有两种方法一种是利用简化同轴圆柱模型,采用力学基本公式,再加上边界条件和变形协调方程进行近似的理论推导。
另一种是计算机有限元模拟复合材料中热残余应力的分布状况。
理论分析的方法能借助现代计算机快速运算能力方便、快捷地模拟出复合材料的热残余应力,特别是对于实验测定难以实现的热残余应力分析,例如复合材料界面处的应力分布。
但在计算过程中, 理论分析的方法都对边界条件进行了简化和近似处理, 因此, 所得结果与实际应力分布情况仍然有一定的差距
金属基复合材料由于其组成的特点,增强体和基体之间的热膨胀系数(C T E)的差异,在由高温冷却下来时,必然会在材料内部产生热残余应力。
可以通过X射线衍射、中子衍射法、基片弯曲法、R a m a n光谱法、选择性基体腐蚀法和电子莫尔波纹与顶出实验相结合的方法对金属基复合材料的热残余应力进行定量测量。
在实际测量过程中,作者建议将2种或3种方法结合使用,这样就会减少由于实验的系统误差所带来的结果偏移, 而得到更准确的测量结果。
同时也可以通过理论分析对复合材料中所存在的热残余应力进行计算和模拟。
尽管如此,仍存在着不少问题,例如最受关注的复合材料界面微区应力测量方法和分析还有待进一步完善;理论分析中的对各种材料所提出的分析模型及其边界条件的简化还有待斟酌和完善。
热残余应力对于金属基复合材料的组织结构和力学性能有重要影响,但是由于复合材料内部热残余应力对其宏观力学性能影响的复杂性,目前对其规律和机制的认识还缺乏系统性,需要材料工作者进一步研究
金属基复合材料综合了作为基体的金属结构材料和增强物两者的优点，具有高的强度性能和弹性模量、良好的疲劳性能等特点。
由于制作工艺相对容易，和价格低廉，颗粒增强金属基复合材料体现出了广泛的商业价值，金属基复合材料首先在航天和航空上得到应用，随着其价格的不断降低，它们在汽车、电子、机械等工业部门的应用也越来越广。
为此全球各大公司和研究机构对它的研究和应用开发正多层次大面积地展开。
笔者阅读了大量相关文献，进而综述了近些年来国内外学者对金属基复合材料的研究，具有一定的现实意义。
一、颗粒随机分布金属基复合材料有效性能研究
九十年代中期Povirk, Gusev等人就研究证明了可以用一个有限体积的代表体元来代替整体复合材料，模拟其细观结构，从而建立复合材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系。
随着计算机技术的高速发展，数值分析方法在复合材料力学分析中成为不可缺少的工具，在做计算数值模拟时，建立合适的数学模型，是进行数值模拟计算复合材料等效性能的基础。
基于有限元法的多尺度等效性能计算是目前一种行之有效的研究复合材料细观结构与宏观力学行为之间关系的重要方法。
采用这种方法的前提是建立复合材料的有限元模型，包括随机颗粒分布区域的几何建模和网格剖分，然后才能进行多尺度计算。
对于复合材料等效性能计算的数值方法，国内外已经发展了名目繁多的各种数值方法。
一般来说，可以分为反分析法、直接分析法。
其中反分析法实质就是根据现场观测结果，来反演复合材料力学参数。
反分析法主要依赖于材料程的实测位移、本构模型以及材料参数的假定。
由于现场观测资料的获取受客观条件影响和对复合材料认识上的不足，往往造成模型和材料参数假定与实际差异很大，因而该方法在实际应用中遇到了一些困难。
为此，人们试图选择另一种途径---直接分析法来预测复合材料的力学参数。
由于离散元元方法没有很好解决对复合材料离散后的计算结果的误差，因此基于离散单元法计算宏观力学参数的研究较少目前主要是基于有限元法的数值分析法，其计算过程是首先建立颗粒材料的统计模型，然后模拟出不同尺度的复合材料"试件";这样得到的复合材料"试件"，可以视为由基体和增强颗粒两部分组成，其力学参数可以在实验室分别确定，然后应用有限元方法进行分析，进而得到颗粒统计力学参数即。
这一方法计算结果的正确性取决于颗粒统计模型的正确性以及有限元算法的合理性，这一过程虽然有误差，但是误差不会比原位实测更大。
该方法的不足之处在于为避免尺寸效应，模拟不同尺度"试件"时，增加了计算成木，并且当计算尺度增大时，"试件"内的颗粒数目明显增加，给有限元的剖分和计算带来了困难。
还有学者基于有限元方法，基于等效观点，对颗粒增强复合材料的等效性能进行了研究，即根据一定的等效原则，宏观地考虑颗粒对材料力学特性的影响，将整个颗粒增强复合材料均匀化、连续化，然后用有限元计算得到等效力学特性.按等效方式来分，主要有材料参数等效法、能量等效法等，这些等效方法有其适用的一面，但仍有一定局限性，例如等效体的尺寸效应问题等.关于材料参数的均匀化理论.作为一种研究复合材料宏观性质的新方法，数学家们已进行了大量的研究，例如 A.Bensousson,J.L.Lion、等针对小周期结构问题的渐进分析，给出了均匀化材料系数的概念；O.A.Oleinik等对具有小周期结构的均匀化理论和一阶渐进分析理论进行了深入研究；T.Hou 和陈志明等在此基础上给出了一阶渐进展开有限元的理论估计；崔俊芝等针对小周期结构提出了双尺度祸合算法。
针对具有对称性的基本胞体给出了高阶渐进展式和有限元估计，并把此方法运用到工程计算中，从而使的均匀化从理论分析进入了数值计算。
阶段和实际应用阶段，使得微观构造十分复杂的非均质材料的宏观力学参数计算成为现实，并且给出了计算周期性编制复合材料的等效力学参数的双尺度方法。