本文对纳米结构材料进行了较系统的分子动力学研究。自行开发了一套从并行计算，数据处理到交互式显示和分析控制的模拟系统，实现了具有10纳米三维空间尺度和纳秒级时间尺度的分子动力学并行计算。利用所建系统，以纳米晶体和碳纳米管为代表，数值模拟了金属表面纳米化、纳米压痕、纳米晶体快速拉伸、纳米颗粒碰撞和碳纳米管的接触与摩擦行为。所取得的研究进展包括： 当金属表面由于高频喷丸引入高位错密度的位错时，本论文从原子弛豫模拟的角度上，验证了纳米晶体化的表层生成。 在纳米多晶的高速压痕过程中，会不断发射堆垛层错。这些层错往往被高度密集的网状晶界捕获，从而阻止了塑性变形向纳米晶体材料内部的传播。在纳米多晶进行纳米压痕时，压在晶界处时的力—位移响应比压在晶内处稍软。而单晶压痕过程中生成的堆垛层错可直接传播到晶体内部。 模拟了纳米晶体在高应变率单轴拉伸下的大变形问题。观察到会有越来越多的堆垛层错出现并向拉伸方向轻微旋转，且多数被晶界所阻滞。随着拉伸量的增加，纳米晶体逐渐由有序态转变为无序态。 模拟表明当颗粒以不同速度撞击在单晶铜上会引起不同的结果。当颗粒以10km/s的超高速撞击时，在晶体中发现有超音速的激波传播。该现象与具有上翘形应力应变曲线的固体中超音速裂纹的传播非常相似。在激波前沿受到严重压缩的原子键具有远高于其名义值的局部音速。 用分子动力学方法对平行堆叠的单壁碳纳米管之间的接触与摩擦过程进行了模拟和分析。展示了纳米管之间的悬浮和反常摩擦学现象，碳纳米管分子之间的长程范德华力是导致碳纳米管这些反常行为的一个原因。