纤维增强复合材料因为其轻质高强等优异力学性能在航空航天、国防军工、轨道交通等领域具有重要应用,关于其内部变形破坏机理分析依然是当前该领域研究重点。目前碳纤维增强树脂复合材料制备中存在的技术难题是脆性大,易断裂。碳纤维增强树脂复合材料应用中存在的科学问题是损伤断裂中的力学机制尚未研究清楚。虽然许多研究者对碳纤维增强树脂复合材料的断裂破坏进行了许多研究,但是尚未提供复合材料破坏的微观力学和统计数据的全面解释,以及在完整范围内的经过验证的定量预测。本文使用高分辨率同步辐射X射线计算机断层扫描（SR-CT）技术,并结合数字体积相关（DVC）方法,对碳纤维增强环氧树脂材料在加载过程中其内部三维结构、及相应位移和应变等力学信息演化过程进行连续跟踪和定量分析。本文的主要研究内容和创新点如下:1、单纤维增强树脂基本单元是该类材料的基本组成单元,它的破坏形式代表了该类材料的基本破坏形式,也是纤维增强材料科学问题研究中的基本单元模型。本文提出了单纤维增强树脂基本单元局部应变集中和界面应变梯度分布对于材料裂纹萌生和裂纹扩展的作用机制。（1）本文使用同步辐射CT技术进行了单纤维增强树脂材料基本单元的原位拉伸破坏实验研究。得到了加载过程中裂纹萌生及破坏过程的结构演化和材料断裂面形貌。提出了局部应变集中数值的快速增长累积是裂纹萌生的原因,其对材料裂纹萌生具有预报作用。（2）材料的破坏过程可分为裂纹萌生和裂纹扩展过程。在裂纹扩展过程中,界面应变梯度对于裂纹扩展路径具有引导作用。2、单股碳纤维增强树脂材料在实际工程应用中有着重要而广泛的应用,是更接近于实际工程应用的研究材料。本文提出了单股碳纤维增强树脂材料等效应变和剪应变主导基体开裂和界面脱粘的机制。（1）本文使用同步辐射CT技术进行了单股碳纤维增强树脂材料的原位拉伸破坏实验研究。得到了加载过程中基体开裂和界面脱粘等材料结构的破坏演化过程。材料破坏过程和应变集中的分布有着重要关联,加载过程中的应变集中的重新分布将有利于充分发挥材料的承载能力。（2）材料局部基体开裂和局部界面脱粘与应变分布有着密切关联。提出了等效应变主导了基体开裂以及剪应变主导了界面脱粘的机制。本文对于揭示碳纤维增强材料的破坏形式和力学机理有着积极意义,也将为该类材料的设计优化提供有益指导。最后,对工作进行了总结,展示了本文研究的主要内容的结论。并且提出了对于未来工作的展望。