高分子纳米复合材料(Polymer Nano-composites,PNC),一般指分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。与传统材料相比,PNC具备更为优越的力学性能、阻隔性能、光学性能、加工性能、电学性能等,在催化、功能材料等方面有着广泛的应用。值得一提的是,PNC由于其含有纳米尺寸的无机粒子,能够同时表现出优越的增强性能和增韧性能,广泛用于工程塑料、橡胶工业、汽车工业等领域。研究PNC的增强增韧机理,进而精确控制和预测PNC的宏观性能成为研究者们亟待解决的问题。计算机模拟能够直观的描述体系的微观结构,精确控制纳米粒子形状、大小、质量及相互作用等参数,较好排除外在实验环境的影响,是进行PNC相关研究的有力工具。本文利用高分子-纳米粒子粗粒化模型,对高分子纳米复合材料的拉伸、压缩及平衡态过程进行分子动力学模拟研究。通过模拟PNC的拉伸及压缩过程,研究纳米粒子大小、质量分数对PNC力学性能的影响及拉伸、压缩过程中PNC体系微观交联网络的变化。在纳米粒子表面积或质量分数相同的情况下,小尺寸纳米粒子对PNC的力学性能增强效果更显著。对于含有质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC体系,随纳米粒子质量分数增加,其力学性能增强,但增强程度逐渐减弱,且对于拉伸过程的材料增强效应,纳米粒子的质量分数存在最优值。在PNC体系中存在高分子-高分子(Polymer-Polymer)、高分子-纳米粒子(Polymer-NP)两种微观交联网络,拉伸及压缩过程中PNC体系中两种微观交联网络的变化趋势不同,PNC拉伸及压缩产生应力的微观机制也相应有所不同。此外,对含质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC平衡态过程的模拟研究表明,PNC体系中两种微观交联网络的比例直接影响其力学性能的变化,而纳米粒子的聚集则会降低PNC的力学性能增强效果。