金属基复合材料（Metal matrix composites,MMCs）具有高模量、高强度、耐摩擦磨损等优异性能,在航空航天、船舶、汽车、电子等领域具有广泛的应用。虽然金属基复合材料的强度在一定程度上得到了提高,但是其塑性变形能力及延伸率都大大降低,这导致金属基复合材料不易于加工成形,增加了产品的制造难度。因此,对金属基复合材料的变形机理和损伤演化的准确描述和预测能够为塑性成形工艺的改进提供指导作用,具有重要的工业应用价值。正确预测金属基复合材料的断裂应变及其损伤演化一直是复合材料成形领域的研究热点。在金属基复合材料的仿真中,有限元法是应用最广泛的仿真手段,可以准确的仿真材料的塑性变形及损伤演化。针对金属基复合材料在复杂加载条件下的塑性形变能力,延伸率以及损伤演化,本文以碳纳米管增强铝基复合材料（Carbon nanotubes reinforced Aluminum composite,CNTs/Al）为研究对象,从宏观尺度到微观尺度对其进行了跨尺度的建模分析,更深入的研究了复合材料的力学响应机制及损伤演化过程。在仿真过程中,仿真结果的准确性取决于所建立模型的准确性以及所选用的数值模型。因此,能够准确描述材料力学性能的数值模型对仿真结果的准确性至关重要。在宏观尺度上,本文在现有的基于Gurson孔洞理论的GTN（Gurson-Tvergaard and Needleman model,GTN）模型基础上,考虑了 由剪切产生的孔洞增长率,由此得到了先进的剪切修正的AGTN（Advanced shear damage enhanced GTN model,AGTN）模型。在微观尺度上,在应变梯度塑性理论（Strain gradient plasticity,SGP）和Taylor模型的基础上,提出了基于多种增强机制混合强化的应变梯度塑性模型（Multi-mechanism hybrid strengthening strain gradient plasticity model,MMSG）。该模型基于多尺度框架,将微观概念中的 SSDs（Statistically stored dislocations,SSDs）和 GNDs（Geometrically necessary dislocations,GNDs）两种位错密度与介观尺度上的塑性应变和应变梯度联系起来,能够更直观的反映复合材料在塑性变形过程中位错密度的分布。本文主要研究内容如下:（1）在宏观尺度上,基于Gurson孔洞理论,建立了考虑应力三轴度,Lode角和剪切增强孔洞增长率的全耦合本构模型。该模型能够在宏观尺度上真实反映CNTs/Al复合材料的塑性变形以及损伤演化过程。在微观尺度上,采用基于多种增强机制混合强化的应变梯度塑性模型,该模型能够在微观尺度上更直观的反映复合材料在塑性变形过程中应力应变分布,位错密度的分布和各增强机制的分布。这两种本构模型都是通过Fortran语言编写子程序在Abaqus有限元软件中实现。（2）本文选用CNTs/Al复合材料作为研究对象,设计了不同加载路径的实验,主要包含:单轴拉伸实验,预缺口拉伸实验和蝴蝶翅膀拉剪实验。通过单轴拉伸实验获取材料的弹性模量,屈服强度,抗拉强度和延伸率等力学参数。对比和分析了不同加载路径下CNTs/Al复合材料的力学性能和损伤演化。（3）基于最小二乘法,以实验结果为目标,采用实验-数值混合反演的方法,实现了参数的识别。在Abaqus中,在宏观尺度上建立了与实验试样尺寸1:1的仿真模型。在微观尺度上,基于EBSD晶粒图,采用Voronoi算法,构建了与CNTs/Al复合材料微观结构近似的RVE（Representative volume element method,RVE）模型,并在此模型的基础上同时构建了含有不同CNTs体积分数和不同Al基体晶粒尺寸的RVE模型。（4）通过AGTN全耦合损伤模型对单轴拉伸实验,预缺口拉伸实验和蝴蝶翅膀拉剪实验进行仿真模拟,对比了不同加载路径下的力-位移曲线,断裂应变以及仿真的准确性。通过应变梯度塑性模型,采用周期性边界条件对RVE模型进行了拉伸和剪切两种加载条件下的仿真模拟,讨论了 CNTs/Al复合材料的应力应变分布,位错密度分布和增强机制。