随着现代科学技术的快速发展,人们对材料的要求愈加严格。层状金属复合材料的构思来源于自然界中的贝壳结构,由于其独特的力学性能,成为时下的研究热点。材料失效是一个损伤萌生、裂纹传递,最终彻底破坏的复杂过程,而层状结构对于裂纹拓展有独特的抑制效应。本论文的研究重点在于分析层状金属复合材料在静态载荷下的力学性能与失效机制。Ti/Cu层状金属复合材料可以兼顾两种金属优势,作为一种新型电极材料在电解提取工业和电化学工业上有非常好的应用前景。本论文的主要工作包括:Ⅰ)Ti/Cu层状金属复合材料的制备与表征;Ⅱ)室温拉伸实验测试和含预制裂纹的三点弯曲实验测试;Ⅲ)基于有限元方法的失效行为数值模拟。主要工作如下:(1)采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪对Ti/Cu层状复合材料显微组织结构进行观察,结果表明,界面结合良好,无明显裂纹、气孔、无分层现象且未形成较大的熔融区域。热影响区小,界面处平直。金属间化合物的形成较少,中间的混合区域宽度约为50?m,Ti层和Cu层制备过程界面处发生冶金结合和机械结合。(2)通过显微硬度分析、拉伸实验测试和含预制裂纹的三点弯曲实验测试,研究了Ti/Cu层状复合材料的力学性能。结果表明,各组份材料均高于原材料的硬度,界面处的硬度位于两侧硬度之间。Ti/Cu层状复合材料表现出典型的均质金属应力应变曲线,但是拉伸强度远超过基于混合法则的钛铜复合理论强度;三点弯曲测试过程裂纹扩展属于典型的层状复合材料的断裂扩展过程。(3)研究不同类型荷载下Ti/Cu层状复合材料的变形与失效机制,包括拉伸和弯曲两种荷载。在拉伸实验中,Ti/Cu层状复合材料的破坏形式是多方向应力共同作用的结果。其强化机制主要是由于水下爆炸焊接工艺产生的加工硬化和界面保护效应。在预制裂纹的三点弯曲实验中,Ti/Cu层状复合材料裂纹扩展是多重损伤与失效相互作用的过程,形成一种特有的沿基体和界面交替传播的裂纹形态。除了晶粒细化的内在增韧机制,不同类型的荷载会表现出不同的外在增韧机制。(4)通过有限元方法对Ti/Cu层状复合材料进行拉伸和弯曲两种荷载下的失效行为模拟。结果表明,Johnson-Cook本构模型能够较好的模拟Ti/Cu层状复合材料拉伸过程中复杂的应力状态变化,模拟拉伸过程与实验过程相吻合。研究了不同界面强度对Ti/Cu层状复合材料裂纹扩展及承载能力的影响。通过CZM-XFEM模型,实现基层裂纹扩展和界面脱粘共同模拟,分析弯曲荷载下裂纹扩展过程与实验过程相吻合。