摘要：面向纤维复合材料与结构的优化设计需要,建立高效准确的纤维复材细观力学仿真工具具有重要意义.本文首次提出了包含内嵌纤维的三维计算晶粒(computational grains),用于纤维增强复合材料的直接细观力学建模,基于所开发的纤维计算晶粒方法,可以直接构造含有多根随机分布纤维的代表性体积单元(RVE).此外,本文提出了一种基于缩放柱调和函数的Papkovich-Neuber解来表征纤维和基体中独立的Trefftz试函数位移场,并且开发了一种新的多场边界变分原理来计算纤维计算晶粒的刚度矩阵.数值算例表明,对于内嵌大量随机分布纤维的RVE,纤维计算晶粒不需要构造复杂的网格,即可快速计算RVE的精确应力场,并预测其有效力学性能.此外,这也是内嵌纤维的三维有限元单元的首次提出.