自从日本学者Iijima等人于1991年发现第一根碳纳米管以来，人们对碳纳米管及其应用进行了广泛、深入的研究。由于具有完美结构、小尺度、低密度、高硬度、高强度和卓越的电学性质等诸多特点，碳纳米管在材料增强、化学传感、药物输送和纳米电子领域中有着广阔的应用前景。近年来，随着碳纳米管内充富勒烯等纳米新材料的涌现，其独特的纳米结构及力学、电学性能引起了众多学者的兴趣。对这些新材料的实验以及理论研究，使人们对内充富勒烯碳纳米管的结构和力学性能的理解日趋深入。本文采用分子动力学模拟，用Brenner多体势以及Lennard-Jones(U)长程势相结合来描述原子间的相互作用，通过建立内充富勒烯的碳纳米管的物理模型，研究其稳定结构和力学性能。本文的主要内容和结论如下： (1)将小富勒烯(C20和C28)填充于不同半径的单壁碳纳米管中，采用分子动力学方法，通过退火过程的计算机模拟，研究填充小富勒烯的稳定结构。模拟中，各碳原子间的相互作用由Brenner多体势结合U势来描述。模拟结果显示，对于直径大于10．85A(该数值对应于armchair(8，8)管的直径)的单壁碳纳米管，将小富勒烯填充其中的行为是一个放热过程。还发现，C20和C28在单壁碳纳米管中的稳定排列状态主要由纳米管的直径来决定，比如在直径为10．85A的(8，8)管中呈线性链(一维)排列，而当管的直径增大后则变为Z字形(二维)或三维排列。这一特性与C60填充在碳纳米管中的情况非常相似，而后者已经在近年的实验中被观测到。为了进一步说明小富勒烯填充在单壁碳纳米管中的各种密集堆积状态的特性，我们将计算模拟结果与硬球模型的理论预测进行了比较，并取得了很好的一致性。 (2)C60填充在一定直径的单壁碳纳米管中具有与之对应的稳定排列状态，在此基础上，用计算机实验对填充后的碳纳米管进行了轴向压缩，以研究填充C60对碳管力学性能的影响。发现填充富勒烯后碳纳米管的弹性性能的改变与管的直径有很强的关联。对于C60@(10，10)体系，C60排列成线性链，这种稳定结构使碳纳米管的弹性范围增强，扭曲力有所增大，其大小主要由范德瓦耳斯(VDW)相互作用的排斥部分来决定。随着碳纳米管直径的增大，C60在其中的稳定结构由一维排列演变为二维和三维排列。比如在(14，14)和(18，18)管中，C60的稳定排列状态分别是z字形和三分子层，因此，填充后的碳管已经失去了圆柱对称性。压缩过程中C60在碳管内的三维运动又使体系偏离了平衡状态，加速了碳管的塌缩。填充C60后，体系的弹性范围降低，其扭曲力低于相应空管的扭曲力。其大小主要由团簇和管壁间非对称的VDW相互作用决定。