碳纳米管具有优越的物理和力学性能,有着非常广泛的应用前景。碳纳米管系统界面力学性能是影响多层碳纳米管以及碳纳米管增强复合材料的力学性能的一个重要因素。本文通过连续介质力学方法和原子模拟方法对基于范德华力的碳纳米管系统界面的力学性能进行研究,主要内容和结论归纳如下:本文将传统的内聚力模型的概念引入到多层碳纳米管层间相互作用的研究中,建立基于范德华力的多层碳纳米管层间相互作用内聚力模型。对于无限长的碳纳米管,层间内聚剪应力为零,正应力仅依赖于层间的张开位移;对于有限长的碳纳米管,内聚正应力不变,内聚剪应力不仅依赖于层间滑移,而且也依赖于层间张开位移,即存在拉剪耦合。从界面原子间非成键的范德华力相互作用出发,建立了多层碳纳米管/聚合物基体界面间相互作用的内聚力模型。利用该模型,本文研究了多层碳纳米管增强复合材料在静水力作用下的宏观力学性能。对于多层碳纳米管,仅有最外两层碳纳米管对复合材料起增强作用。碳纳米管对复合材料的宏观力学性能的增强效果随碳纳米管体积分数的增加而提高,随半径的增加而减小。很多研究者认为双层碳纳米管内外层管的压强与半径成反比。本文建立了一种基于范德华力的碳纳米管层间相互作用新的连续化模型,给出了内外管压强的解析表达式。通过分析,本文否定了文献中常用的内外管压强与半径成反比的观点。研究了双层碳纳米管在侧向外压作用下的临界载荷,结果表明,由于范德华力作用,双层碳纳米管的外压临界载荷比对应单层碳纳米管的外压临界载荷高很多。探针是碳纳米管一种比较有前景的应用。为了探讨层间范德华力对多级碳纳米管探针力学性能的影响,本文利用原子有限元方法来模拟多级碳纳米管探针的轴向压缩稳定性和侧向弯曲等性能。由于层间范德华力相互作用,多级碳纳米管具有更好的轴向压缩稳定性和侧向弯曲刚度,这使得多级碳纳米管将会成为扫描探针和压痕实验探针的理想选择。