宏观尺度上裂纹薄板断裂韧性强烈依赖薄板厚度,其主要机理已通过三维约束理论得到了很好探讨。然而,目前影响纳米厚度裂纹板断裂性能的主要因素尚不清晰。在本研究中,我们在理论模型中引入表面效应以表征纳米厚度裂纹金属薄板的断裂性能。根据虚功原理,推导了裂纹尖端应力场和应力强度因子（Stress Intensity Factor,简称SIF）的计算公式。通过与分子动力学模拟结果、有限元模拟结果以及Gurtin＆Murdoch表面模型进行比较,本文的理论模型预测值更接近数值模拟结果。本文还研究了纳米尺度表面效应对疲劳循环载荷下作用单晶铝裂纹扩展行为的影响,结果表明小厚度薄板具有更快的裂纹扩展速度。上述研究对了解纳米厚度裂纹金属板的断裂行为及疲劳机理具有重要的指导意义。主要研究内容如下:（1）结合经典弹性断裂力学理论和虚功原理,基于Chen-Yao的表面能密度理论,其表面效应表示为体表面能密度和表面弛豫参数的函数,推导得到考虑表面效应的I型裂纹尖端应力场表达式。基于该表达式得到正则化SIF随薄板厚度减小而减小的趋势,表明纳米尺度表面效应可以有效提高裂纹薄板的断裂韧性。此外,结果表明只有当薄板厚度小于10nm时,表面效应对SIF的影响最为显著。（2）采用分子动力学和有限元方法建立了不同厚度含裂纹单晶铝和单晶铜薄板模型,并进一步计算其SIF。其中,分子动力学中采用线性外推法获取SIF,而有限元模型的表面效应则通过施加垂直于裂纹面的表面牵引力而实现。结果表明数值模拟中正则化SIF的结果与理论预测有着相同的趋势。此外,还讨论了分子动力学模拟中温度以及有限元中裂纹表面牵引力分布区域对SIF、T应力和离面约束因子Tz的影响。其中温度对正则化SIF、T应力和离面约束因子Tz影响均较小,表面牵引力分布区域对应力场分布、T应力和离面约束因子Tz影响亦不大,但对SIF的影响显著。（3）选取三种不同厚度含裂纹单晶铝薄板,研究表面效应对其疲劳裂纹扩展的影响。结果表明,表面效应可以提高材料强度,小厚度板具有更慢的位错发射速度。此外,疲劳裂纹的扩展速度随厚度减小而增加,大厚度板中裂纹趋向闭合。温度对于小厚度薄板有着一定的影响而大厚度薄板对温度并不敏感。