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B4C/2024Al复合材料拥有高比模量、优异的耐磨性和中子屏蔽性能,在民用生产及国防领域具有重要的作用。然而提高复合材料强度和刚度,往往是以塑性的迅速下降为代价,使复合材料的在更多领域的应用受到限制。通过数字图像相关法及有限元模拟可以定性、定量地研究复合材料变形断裂过程,探究微观结构与断裂行为的关系。利用计算机技术提高实验效率,为颗粒增强金属基复合材料构型设计提供新的思路。采用放电等离子烧结制备了粒径为5μm和17μm的5、10、15%B4C/2024Al复合材料,通过SEM、TEM对复合材料的颗粒分布、界面结合以及析出相等显微组织进行观察。对复合材料进行单轴拉伸测试,采用混合定律、Eshelby夹杂模型计算了材料的弹性模量与弹性模量关系。SEM观察拉伸断口,初步探究复合材料的断裂机理。通过原位拉伸及DIC分析,对材料在拉伸变形过程的应变场进行了研究。认为微裂纹形成与扩展分两个过程:首先是缺陷累计阶段。基体中萌生初始裂纹,初始裂纹扩展,伴随新裂纹的萌生;最后裂纹扩展汇聚导致材料的迅速断裂,为失稳破坏阶段。17μm B4C/2024Al复合材料主要为基体内形核与界面脱粘,B4C粒径减小为5μm,复合材料为颗粒断裂。建立了基于实际微观组织的建模方法,将有限元模拟与DIC分析对比,反演得到B4C/2024Al复合材料的断裂参数。通过应力状态分析复合材料断裂行为,应力三轴度越大,基体越容易发生微孔聚集断裂,Lode系数和应力状态软性系数对单轴拉伸的影响较小。高平均应力和应力集中系数,颗粒断裂情况更加普遍,对基体裂纹的产生影响较小。讨论了不同形状和分布的B4C/2024Al模型断裂行为,均匀分布形式会随体积分数与颗粒形状出现界面脱粘为主导和颗粒断裂为主导的断裂行为。而网状和团聚分布的复合材料主要为界面脱粘引起的断裂,并且在网状分布复合材料中呈现多裂纹扩展的现象。研究了颗粒间距、排列方向对基体与颗粒受力的影响,构造了正方形B4C垂直拉伸方向紧密排列,水平方向稀疏的结构,力学性能最佳。