自从80年代初纳米晶体材料的概念被提出并首次获得人工制备的纳米晶体才以来，引起了世界各国材料科学家的广泛的关注，也是当今材料科学领域中的一个研究热点。随着晶粒尺寸的细化，纳米晶体才表现出其他材料所不具备的小尺寸效应，量子效应，表面效应和界面效应，从而具有传统粗晶材料所不具备的一系列优异的力、电、磁，光学和化学等宏观特性。尤其是力学方面，纳米晶体材料具有高强度，高硬度以及高耐磨性等。纳米晶体材料这些杰出的性能与其特殊的微观结构是密不可分的。尽管如此，纳米晶体材料在室温下通常呈现较低的延展性，已成为纳米晶体材料研发和工程应用的瓶颈。为了系统的研究纳米晶体材料的力学性能以及塑性变形机理，探讨纳米晶体材料过早失效的原因以及解决纳米晶体材料韧性的方法。本课题主要以纳晶镍为研究对象，通过理论研究结合有限元模拟的方法探讨了纳米晶体材料的微观结构对其整体力学性能的影响，并讨论了材料的失效原因和剪切带发展的影响因素。然后，根据已有的提高纳米晶体材料韧性的方法，建立了相应的理论力学模型，并通过相应的拉伸力学性能实验和数字图像相关技术进行检验和验证。这一系列的工作不仅具有十分重要的科学理论价值，也为寻求如何制备既具有高强度又具有良好韧性的纳晶材料奠定了一定的基础。本课题主要的研究内容和结论如下:　　(1)根据一个基于类似分布检验的方法，通过一个不断的调整法则来调整种子点的坐标，使其最终达到符合所需要的对数正态尺寸分布的微观结构模型，并通过类似的方法调整每个晶粒的取向分布，给出有织构存在和无织构存在下的模型。最终建立的模型不仅符合真实的对数正态晶粒尺寸分布，也满足了有织构和无织构情况下的微观结构模型。　　(2)通过将前面建立的符合纳晶材料真实微观结构的模型导入到有限元模拟软件中，分别针对几组具有不同尺寸和取向分布的模型进行单轴拉伸模拟。根据模拟后的结果发现，纳晶材料的尺寸和取向对其力学性能都有着一定的影响，且尺寸的影响要更明显一些。模拟结果中都出现了剪切带现象，这也是导致纳米晶体材料韧性低的一个原因。晶粒尺寸呈均匀分布下的模型强度要高于晶粒尺寸不均匀的，晶粒取向存在织构的要比没有织构的强度高。由此，也可以推出，在制备纳米晶体材料的过程中，尽量控制晶粒尺寸保持均匀且取向均匀有利于改善纳米晶体材料的低韧性。　　(3)针对之前给出的数字化模型，将带有一定厚度的晶界考虑进去，通过有限元模拟的方法讨论晶界在纳米晶体材料中所起到的作用，以及晶界在剪切带形成过程中所扮演的角色。结果表明，晶界相的大塑性应变会导致材料的局部损伤，进而触发剪切带的形成。同时，三晶交处存在着明显的应力集中问题，从而在这些应力集中部分会产生孔洞等缺陷，进而引起材料的损伤。　　(4)将从美国Goodfellow公式购买的纳晶镍涂层试样加工成狗骨头形状，对其进行单轴拉伸力学性能测试，并结合数字图像相关的方法采集试样拉伸变形过程中不同时刻的位移场，进而得到试样的整体宏观应变行为。结果表明，纳晶镍涂层的存在使得铜基体的强度有了明显的提高，但是韧性有所降低。相较于纳晶镍材料，韧性有了很大的改善，但是强度较低。　　(5)纳米晶体材料的韧性很低，许多学者都致力于研究提高其韧性的方法。效果尤为明显的是纳晶非晶层状复合材料，这种结构的材料不仅具有较高的强度，同时也能保持有较高的韧性。目前，对于这种结构的材料研究大多数还处在实验的基础上。本文根据该材料实验所测得的力学性能，提出了相应的本构模型来描述不同相的变形机理。结果表明，提出的本构模型与实验数据较好的吻合。随着应变率的增加，晶粒尺寸的减小，该结构材料的整体力学性能提高。