微机电系统(MEMS)中广泛存在的微纳米接触与摩擦问题表现出不同于宏观接触问题的新特性,而纳米尺度的接触摩擦问题对微机电系统、微/纳器件的设计、制造、使用寿命等至关重要。然而,在埃量级的原子尺度下,材料发生变形和破坏过程中,原子发生运动和迁移从而引发的一系列的变形机理的实时动态过程在实验中是不可能观察得到,因此,人们开始探索利用计算机对材料的原子尺度进行数值模拟。由于微机电系统的部件通常为1至100微米,以现有的计算机计算能力显然无法使分子动力学的研究范围扩展到连续介质尺度上去,分子动力学的时空局限性促使着人们对多尺度方法进行着不断地探索。本课题选题来源于国家自然科学基金项目：“微机械摩擦副接触力学行为多尺度耦合分析方法研究”。本文以金属材料晶体铝作为研究材料,通过利用准连续介质多尺度方法对平面—平面、球面—平面等类型微机械摩擦副中的接触与滑动过程的模拟,研究其力学行为的微观机制,并验证该多尺度方法在微纳米量级的接触摩擦行为研究上的可行性。首先,利用准连续介质多尺度方法模拟了三种不同尺寸压头下的平面-平面接触过程,得到了相应的载荷-位移曲线,分析了压入过程中的位错对的形核与发射过程。并将Rice-Thomson理论模型的计算结果与多尺度的计算结果进行了对比,结果符合得比较好。为了研究微纳尺度下常见的球面-平面接触摩擦副,引入了排斥力场势函数的方法模拟了刚性球形压头与单晶铝基体的压入与卸载过程,得到了垂直于纸面方向的位移云纹图与载荷-压深曲线。通过分析相关数据,结果表明：载荷-压深曲线呈现出不同于方形压头下的阶梯状；由于压头两侧原子所受的切向力较小,基体内部只完成了肖克利不全位错的发射。完全卸载后,残余位移的大小高度接近单晶铝伯格斯矢量的模0.285nm。针对摩擦副中常见的球面-平面摩擦类型,利用准连续介质多尺度分析方法以较小的计算代价来研究较大曲率半径的探针与单晶铝基体的纳米接触及纳米初始滑动摩擦过程。结果表明：在纳米滑动摩擦过程中,探针向前滑动3.8nm时,后方划过的基体表面下方的滑移带开始扩展,所划过的基体表面开始出现了明显的弹性恢复。结果使得一部分表面下方的位错开始向表面扩展并且产生孪生形变。同时,下方深处的晶体产生严重的晶格畸变。将滑动摩擦系数与理论计算结果进行了对比,对弹性应变能在探针划过的表面的弹性恢复过程中反馈对摩擦因数计算的影响作了定量分析。然后,利用纳米压痕仪及原子力显微镜(AFM)对晶体铝进行了纳米压痕与纳米划痕实验,纳米压痕实验中获得的载荷-压深曲线的变化趋势与多尺度仿真结果高度一致。而纳米划痕实验结果则表明：摩擦力会随滑动速度的增加而增加。最后,为了得到实验试样中所使用的晶体铝的塑性特性,利用非线性分析能力强大的ABAQUS有限元分析软件对纳米压痕过程进行了模拟并将输出的载荷-压深曲线与实验结果进行拟合,得到了表现晶体铝塑性性能的屈服应力-塑性应变曲线,建立了微纳米划痕的有限元模型并进行了分析。