纳米材料的形成和结构特征对其力学行为的影响是纳米力学的关键问题。开展该课题研究对揭示纳米材料的变形、强化和韧化机制以及促进纳米材料力学性能的改进具有重要意义。本文针对两类金属纳米结构材料——单晶纳米柱和柱状纳米晶的微观结构和力学行为进行了分子动力学(MD)模拟研究。主要研究工作和取得的结果归纳如下：　　 ⑴对单晶纳米Au柱单向压缩变形的MD模拟结果表明：①轴向沿着[001]方向纳米柱，表面原子区域的平均温度高于内部原子，表面热激活能高，位错易于形核。当应变达到5％时，柱体表面位错形核，屈服应力达到0.72GPa。柱体的强度随着直径的减小而减小，而表面原子应力份额和表面原子平均温度增加。柱体变形的尺寸效应与表面原子应力份额和表面温度有着密切的关系。②轴向沿着[111]方向纳米柱的杨氏模量和屈服应力都高于轴向沿着[001]方向纳米柱。前者的压缩塑性变形以全位错滑移为主，柱体内部位错发生了交滑移。在两个滑移面的交界处观察到新的位错形核。后者的压缩塑性变形以堆垛层错和孪生为主，而且位错主要在柱体表面形核。　　 ⑵对柱状纳米晶Au拉伸、压缩和疲劳的MD模拟结果表明：①纳米晶的塑性变形主要通过晶界运动、晶界滑移、晶粒转动和晶界发射位错为主；晶粒内部的位错运动、位错滑移、堆垛层错、孪生和相变等，随着晶粒尺寸的增大而对塑性变形的影响变大。②实施X和Y方向周期边界条件。Z方向拉伸时，强度随晶粒尺寸减小而降低，塑性变形后，晶界处产生孔洞，这些孔洞联合形成微裂纹，裂纹扩展最终导致材料破坏。在压缩时，应力应变没有明显的尺寸效应，塑性变形后，有些晶粒的内禀层错堆积产生HCP相变，有些晶粒的内禀层错转变为外禀层错，纳米晶中HCP结构原子比重随着应变增大而增大。③X方向自由边界，Y方向周期边界条件。拉伸时，先观察到短暂的相变现象，再由相变过渡转变为孪晶；相比X方向周期边界的情况，由于X方向的颈缩，使其没有过早地出现孔洞或裂纹。压缩时，捕捉到了晶粒内全位错的产生和消亡，由堆垛层错产生的相变没有向孪晶发展；相变区域比例随着应变的增加而增加。④采用应变为-3％～+3％的拉压变形疲劳模拟的研究表明，应变率越高，纳米晶Au越容易产生位错、滑移；晶粒内部出现了部分位错和堆垛层错，即产生了疲劳损伤。