作为航空发动机及燃气轮机中的关键性结构材料,镍基高温合金在制造、运输以及装配过程中不可避免的出现一些微孔洞、微裂纹等微观缺陷,从而引起变形扩展甚至断裂失效。因此,从原子尺度研究裂尖位错萌生、运动以及三维应力状态分析具有重要的意义。本文利用分子动力学方法,基于嵌入原子势函数模拟了不同约束下含穿透直裂纹的纳米Ni晶体在受单轴拉伸载荷时的力学性能,主要包括以下内容:(1)厚度约束对含穿透直裂纹纳米Ni单晶断裂行为的影响利用分子动力学方法,模拟了不同厚度含穿透直裂纹纳米Ni单晶在I型拉伸载荷下的力学行为。发现构件的弹性极限随着厚度的增大先增大后减小并逐渐趋于稳定,厚度为4 nm时试样表现出最大的弹性极限。小于4 nm厚度的试样中大部分区域存在着离面约束作用从而弹性极限较小;大于4 nm厚度的试样由于拥有充足的空间使得位错堆积从而产生较强的应力集中,弹性极限也逐渐下降。厚度越大,表现出更好的塑性。此外,随着厚度由有限增加到无限厚度,可以观察到试样由柔性转化为脆性。(2)位移约束对含穿透直裂纹纳米Ni单晶断裂行为的影响利用分子动力学方法,模拟了4 nm厚位移约束的含穿透直裂纹纳米Ni单晶在I型拉伸载荷下的力学行为。发现与厚度方向自由试样不同,位移约束试样厚度方向最外侧原子受到稳定的离面约束,在拉伸过程中不会产生位错滑移现象。试样内部的离面约束也维持在稳定的水平,裂尖应力沿厚度方向均匀分布。随着应变的增加裂纹稳定扩展直至试样断裂,整体表现为脆性。(3)晶界约束对含穿透直裂纹纳米Ni晶体力学性质的影响利用分子动力学方法,模拟了含穿透直裂纹立方体纳米Ni多晶在I型拉伸载荷下的力学行为。发现与同尺寸单晶试样不同,由于晶界约束的存在,多晶试样的弹性阶段不是完全的线弹性,在达到弹性极限后,进入类似低碳钢单轴拉伸实验中的屈服阶段及强化阶段。在整个拉伸过程中,试样中的裂纹均未发生明显的扩展。且在塑性阶段出现大量缓慢滑移的位错,因此拥有相当长的塑性变形。多晶Ni试样整体表现出“裂纹不敏感”的性质。