本文采用分子力学模拟方法研究了常见POSS有机无机纳米杂化材料在不同的外力载荷下的物理力学行为；采用分子动力学模拟方法研究了数种具有不同分子结构的POSS有机无机纳米杂化材料在不同温度下的力学行为；并且通过与哈尔滨工业大学化学系的合作制备了一种POSS单体材料，表征了此材料的力学性能，研究了实际合成POSS有机无机纳米杂化材料的可行性。　　提出了一种构建高分子材料在分子模拟中所用模型的方法。运用此方法成功建立了用于分子模拟的POSS有机无机纳米杂化材料的单个长链分子模型和适用于大部分模拟场景的元胞模型。详细阐述了分子力学模拟和分子动力学模拟的原理和具体方法，给出了算法实现的必要参数和实际算例。　　用分子力学模拟方法研究了丙基POSS聚苯乙烯纳米杂化材料和普通的聚苯乙烯材料在集中单轴拉伸、均匀单轴拉伸、纳米压痕三种不同载荷方式下的力学行为。通过拉伸模拟，揭示了POSS在普通聚合物材料受到拉伸破坏时所起到的增强效果和增强机理。少量的POSS单体杂化到普通高分子材料中能使材料的拉伸模量显著提高。拉伸变形过程中，高分子聚合物内部会出现微孔洞，随着变形的不断增加，微孔洞不断生长，最后互相连接从而形成大面积的损伤，POSS能有效地阻止微孔洞的相互连接，从而避免过早出现大面积损伤，这是少量的POSS即能够显著提高普通聚合物拉伸性能的重要原因。通过纳米压痕模拟，提出了一种高分子聚合物材料在纳米压痕分子模拟中的硬度计算方法。硬度的计算表明少量的POSS能使材料的硬度提高50％以上。POSS单体在改性聚合物材料中起到了骨架的作用，使之与普通聚合物材料相比能够承受更高的压载荷，同时POSS纳米杂化材料在一定程度上具有结构记忆功能。提出了一种表征聚合物硬度与压痕深度关系的公式，实际计算结果表明该公式能够较准确地描述各类高分子材料在纳米压痕测试中硬度与压痕深度的关系。用此公式修正了两种材料的硬度并给出了在真实纳米压痕实验中所需要的有效压痕深度。　　用分子动力学模拟方法研究了PN、C5PN、C6PN、GPDP、TSCP这5种材料在不同温度下的力学性能。通过研究连接不同POSS单体的POSS有机无机纳米杂化材料在不同温度下的力学参数得到了POSS单体结构对POSS纳米杂化材料力学性能的影响。通过研究具有不同分子结构的POSS有机无机纳米杂化材料在不同温度下的力学参数，得到了分子结构对POSS纳米杂化材料力学性能的影响。考虑基相材料的力学参数、POSS单体的力学参数、POSS的单体“密度”、POSS单体与基相材料分子链之间的耦合作用以及POSS单体之间的相互耦合作用5个因素影响，建立了预报POSS有机无机纳米杂化材料在常温下力学性能的预报公式。公式形式简单、物理意义明确，预测结果与实际计算结果吻合良好，特别对POSS有机无机纳米杂化材料中由于分子结构的不同而造成的力学性能之间的巨大差异有着很好的区分效果。同时该公式还揭示了这种差异的本质来源于POSS单体与基相材料分子链之间成键数目的差异，这也为该公式预测介于这三种结构之间的POSS有机无机纳米杂化材料的力学性能提供了依据。　　与化学系合作成功合成了多种结构的POSS单体，表征结果表明产物中POSS单体颗粒尺寸属于纳米级，且分布较均匀，具有良好的结构形态。通过力学实验手段和分子动力学模拟得到了所合成的POSS单体膜材料的力学参数。研究不仅证明了POSS材料所具有的优异力学性能，而且也证明了POSS对高分子材料进行性能改进的实际可操作性。