微机电系统和纳机电系统是基于纳米科技发展起来的新兴前沿技术，当微结构尺寸达到微米量级，甚至纳米量级时，由于小尺寸效应、量子效应及表面效应的影响，微结构的设计理论与方法和传统机械设计理论与方法有着本质的不同，材料的力学特性、缺陷、弹性模量、载荷特性和失效机理等都将发生质的变化。依据经典连续介质力学建立起的机械设计理论与方法将不能直接沿用至微结构的设计问题当中，必须应用近代物理学的最新成果，从微观的角度在分子尺度上去研究微机械的力学特性。本文应用分子动力学仿真技术研究微结构拉伸和压痕过程的变形机理并定量的计算出一些力学性能，同时利用原子力显微镜进行纳米压痕实验验证。这对于全面认识微结构变形过程的机理，指导微结构的设计和制造过程，具有重要的理论意义和实用价值，并将为微/纳机电系统的进一步发展提供理论基础。　　本文首先分析了微结构力学性能分子动力学仿真的一般方法，讨论了适合于微结构力学性能仿真的势能函数和求解算法，在此基础之上，采用边界层—恒温层—牛顿层三层结构建立了单晶Cu和单晶Si纳米杆微结构单轴拉伸过程的三维分子动力学仿真模型。仿真中采用Sutton-Chen势描述单晶Cu原子间的相互作用；采用Tersoff势描述单晶Si原子间的相互作用。Verlet算法的速度格式用于求解运动方程。Visual C++和OpenGL语言分别用于计算程序和图形显示。分别从变形机理、能量演化、应力应变分析和拉伸速度对变形的影响等四个方面对单晶Cu和单晶Si纳米杆拉伸过程在驰豫、弹性变形和塑性变形各个阶段的力学行为进行了较详细的分析。计算结果表明，单晶Cu和单晶Si纳米杆的拉伸过程均未发现位错的运动，其变形机理为非晶态的塑性变形；根据应力应变曲线计算出的单晶Cu和单晶Si纳米杆的拉伸强度远远高于宏观块状材料，接近理论强度值，弹性模量的计算值和宏观测量值基本吻合，没有表现出和尺度相关。拉伸强度随着拉伸速度的增大而增大，表现出应变速率强化机制。　　其次，使用分子动力学仿真对单晶Cu和单晶Si薄膜的纳米压痕过程进行了仿真，以揭示其压痕过程中的弹塑性变形的力学机理并定量地提供出一些力学性能。金刚石压头原子和Cu原子之间的相互作用采用Morse势描述；金刚石原子和Si原子之间的相互作用采用修改的Tersoff势描述。为研究不同的压痕深度对压痕变形机理的影响，分别对几种最大压痕深度的情况进行了仿真。仿真结果表明，单晶Cu薄膜在压痕过程的初期存在位错的产生，但随后又被非晶态的塑性变形取代。单晶Si晶体在压痕过程中发生了由α相转变为β相的相变。根据载荷—压深曲线计算出的压痕硬度值大约比试验值高出一个数量级，接近理论硬度值。随着最大压痕深度的减小，单晶Cu和单晶Si薄膜试件的硬度和弹性恢复量均呈增大趋势，表现出压痕的尺度效应。在仿真的同时，提出了基于AFM的纳米压痕试验的一般步骤并利用AFM金刚石针尖对真空蒸发镀膜方法制得的单晶Cu薄膜的弹性模量和硬度进行了定量测量。对不同压痕深度下的硬度值的测量得到了压痕的尺度效应，证实了分子动力学仿真模型的有效性。　　最后，针对分子动力学的计算瓶颈问题，提出了网格化分子动力学仿真方法，利用该方法对纳米压痕过程进行了研究，结果表明网格化分子动力学得到的载荷—压深曲线和经典分子动力学仿真结果基本吻合，说明网格化分子动力学在这种尺度下具有较高的准确性和收敛性，从而证明这种方法的可行性。