橡胶纳米复合材料具有优于传统复合材料更加优异的力学、电学、热学等性能,因此得到了广泛的应用。在实际的应用环境中,材料的拉伸变形会导致橡胶制品的断裂,严重影响其使用寿命。由于橡胶纳米复合材料结构的复杂性,传统的实验测试方法难以定量表征其结构与性能的关系,而分子动力学模拟的办法是解决该问题的有效手段。本课题采用粗粒度分子动力学模拟的方法,探究橡胶纳米复合材料断裂过程中微观结构与宏观性能的关系,进而揭示其断裂机理,主要进行了以下两个方面的工作:(1)填料接枝对橡胶纳米复合材料断裂行为的影响通过改变纳米颗粒的接枝链密度和接枝链长度,探究了接枝密度和接枝链长度对材料断裂行为的影响,主要表征了纳米颗粒的分散状态、材料应力应变以及孔洞的演变过程。结果表明,随着接枝密度或者接枝链长度的增加,纳米颗粒的分散变好,体系的最大应力和断裂功均呈现先上升后下降的趋势,说明在中等的接枝密度或接枝链长度下材料具有最佳的断裂性能。此外发现,纳米颗粒承担的应力与其和接枝链之间的化学键数目有关,同时结果显示孔洞更倾向于在分子链末端和纳米颗粒表面产生。(2)交联密度对橡胶纳米复合材料断裂行为的影响在该体系中,构建了一系列不同交联密度的复合材料模型,设定体系化学键可以断裂,以此从断键的角度考察交联密度对材料断裂性能的影响。结果显示,增加交联密度能提高材料的最大拉伸应力,但会降低其断裂伸长率。交联密度越大的体系,断键总数越大,断键速率越快,体系产生的孔洞也越多。同时结果显示,相比普通的化学键,交联键原子承担的应力更大,导致交联键更易断裂。结果证明,分子链之间的滑移和化学键的断裂均会导致孔洞的产生。