装备制造工业技术的进步推动了高强高韧金属材料的研发和应用。纳米结构金属材料具有优异的力学性能,得到了广泛的关注。本文的研究对象是两类纳米结构金属,即夹杂纳米孪晶区域的纳米晶铜和双模态纳米结构铜。本文旨在研究在拉伸载荷条件下这两类纳米结构金属的强度和韧性对微结构的依赖性。首先,基于Johnson–Cook塑性本构和失效准则,数值模拟探讨了三个因素(纳米孪晶间距、孪晶区域形状和分布)对夹杂纳米孪晶区域的纳米晶铜的强度和韧性的影响。结果表明上述的三种因素会导致三种失效模式(基体的断裂、孪晶区域的断裂及两相材料界面的脱层)的出现,从而影响整体的强度和韧性。随着纳米孪晶间距的增加,整体的韧性先减小后增加,出现反转。韧性的反转是孪晶区域发生断裂导致的。相对于圆形的纳米孪晶区域,方形和斜方形的孪晶区域能够使材料具有较好的强度和韧性。另一方面,对于圆形和斜方形的纳米孪晶区域,阵列分布更容易获得较好的整体强度和韧性。然而,对于方形的孪晶区域,交错分布能够获得较好的整体强度和韧性。其次,基于内聚力有限单元法,在三维情形下数值模拟探究了粗晶和纳米晶的断裂特征、粗晶区域的分布和两相材料界面断裂特征对双模态纳米结构铜强度和韧性的影响。结果表明纳米晶相内聚强度对整体的强度和韧性起决定作用,并且其能够影响粗晶相内聚强度和粗晶区域分布的作用。当粗晶区域阵列分布于微结构的内部时,材料具有最优的整体强度和韧性。当两相材料界面内聚强度和断裂能都高于粗晶相对应特征时,整体的强度和韧性达到稳态。此外,本文利用基于内聚力有限单元法的数值模拟,在二维情形下探究了粗晶相体积分数对双模态纳米结构铜的强度和韧性稳态行为的影响。结果表明,随着粗晶相或纳米晶相内聚强度的增加,整体的强度和韧性可能会出现最大值和稳态现象,且使整体强度和韧性出现稳态的临界粗晶相或纳米晶相内聚强度受粗晶相体积分数影响本文对两类纳米结构金属的强度和韧性对微结构的依赖性进行了深入探讨,可为今后高强度和高韧性的纳米结构金属的制备提供思路。