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阻尼材料在航天、航空、交通以及各种机械运动设备上有着重要应用。由于传统单组元金属阻尼材料阻尼性能与弹性性能难以兼得,且两者往往存在“反比”关系,本文致力于开发具有高阻尼性能的金属层状复合材料,试图通过将高弹性模量与高阻尼性能的金属材料复合化获得具有高阻尼金属材料,并使用分子动力学方法探究金属材料阻尼的微观机制与复合化对阻尼性能的影响。本文首先根据阻尼性能、界面反应、耐蚀性与熔点为依据,优选出Ti Ni与Cu作为组元,使用放电等离子烧结的方法制备了Ti Ni-Cu-Ti Ni层状复合材料,Cu层设计厚度为0.1,0.2,0.3mm;Ti Ni层厚度为7mm与10mm,Ti Ni中Ni原子含量约50.4 at.%。首先,根据原材料力学性能,确定热处理工艺为800℃固溶1h后400℃时效4h;然后利用光学显微镜与扫描电子显微镜表征了复合材料的界面结构与断口形貌;使用单向拉伸实验与三点弯曲研究了复合材料的力学性能;最后通过动态热机械测试仪研究了复合材料的阻尼特性,优化了复合材料结构;并在此基础上设计界面结构,获得了更高的阻尼性能。实验表明,该方法可以制得致密的复合材料;在固溶-时效处理后,Cu层与Ti Ni层界面处形成扩散固溶层,拉伸强度大于900MPa,延伸率约为9%;复合材料最优结构设计为10Ti Ni-02Cu,其低频阻尼系数高达0.055,损耗模量高达2800MPa,较Ti Ni原材料提升58%。测试表明复合材料力学与阻尼性能高于Reuss弹性力学模型预测值,因此推断复合化提升了阻尼特性,主要为Cu层引发的热错配效应与Cu层两侧扩散固溶层引起的相变阻尼的提升,而热弹性阻尼贡献较小。为进一步探究Ti Ni-Cu-Ti Ni层状复合材料阻尼的微观机制,使用非平衡态分子动力学方法,针对Ti Ni相变体系,提出并验证了局部有序化参数与相变前HCP结构含量两种用于判断组织状态的判据;然后针对不同温度下无缺陷Ti Ni单晶、马氏体状态不同取向的Ti Ni单晶及含有析出相的Ti Ni模型,进行了不同振幅的拉压循环模拟,通过分析应力-应变滞回环的形状与面积讨论了阻尼性能;最后针对复合化效应,研究了经历预应变的Ti Ni模型与含有一定浓度空位的Ti Ni模型中预应变与空位含量对阻尼性能的贡献。模拟表明,Ti Ni在接近马氏体相变点时表现出较高的相变阻尼,其机制与结构起伏与马氏体核胚的形成有关;马氏体状态Ti Ni合金阻尼性能受取向与振幅影响,在特定条件下马氏体孪晶界的移动会导致较强的阻尼;Ti3Ni4析出相与基体变形不协调,会导致粘弹性阻尼。对于复合材料,经历预压缩的模型表现出更强的相变阻尼,1%相变会使滞回环面积提高45%;而空位一方面会抑制马氏体的形成,另一方面引发滞弹性阻尼。结合实验与模拟研究可以得出结论:由放电等离子烧结制备得到的Ti NiCu-Ti Ni层状复合材料致密且界面结合良好,复合化可以有效的提高金属材料的损耗模量,优化后该复合材料抗拉强度为900MPa,延伸率9%,低频范围阻尼系数为0.055,损耗模量达2800MPa;分析与分子动力学模拟表明,中心Cu层引发热错配应变,引入氧原子扩散层与Ti-Ni-Cu固溶层,均改变了Ti Ni层的相变特征,引发复合材料的高阻尼性能。