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镁合金由于密度低、比强度和比刚度高,以及优异的减振性能等在航空航天、汽车和军工等领域具有广阔的应用价值,但强度不高、高温性能和塑性成形性差,容易发生脆性断裂,限制了其在工业中的广泛应用。近年来,关于不同纳米增强体增强镁基复合材料力学性能的研究日益增多.但是研究主要集中在静动态力学性能实验方面,而在其纳米力学行为、微观增强机理及变形失效模式方面缺少更深层次的理论研究,因此本文基于分子动力学（molecular dynamics,MD）方法,模拟研究了碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）、石墨烯纳米片（graphene nanoplatelet,GNPs）及纳米立方碳化硅颗粒（β-SiC）增强镁基复合材料在拉伸和冲击压缩载荷下的力学响应,系统分析了镁基复合材料纳米增强机理和变形失效模式。本文的主要研究内容及成果如下:（1）模拟分析了不同因素对CNTs与表面镀镍CNTs（Ni-CNTs）从Mg基体中拔出行为和界面强度的影响,得到了手性参数、直径、壁数及镀镍原子百分数对拔出力和界面剪切应力的影响规律,对Mg团簇与CNT、Ni-CNT之间的润湿性进行了理论计算,揭示了 Ni镀层增大复合材料力学性能的物理机制;基于CNT和Ni-CNT从基体中的斜拔拟合得到了指数形式的界面内聚力（cohesive zone model,CZM）参数并验证其准确性。结果表明:CNT的拔出力与CNT的直径成正比关系,但手性参数和长度对拔出力的大小没有影响;Ni镀层使增强体与基体间的润湿性和界面结合强度增大;根据Ni-CNT斜拔的应力-张开位移之间的关系进一步拟合了增强体与基体之间的界面内聚力参数,且有限元模拟结果和实验数据的一致性对比分析证明了 MD模拟得到的CZM参数的可行性。（2）建立了不同碳纳米材料（CNTs、GNPs）增强单晶镁基复合材料原子尺度的计算模型,研究了其在不同温度和应变率及温度-应变率耦合作用下的拉伸力学行为,对比分析了不同碳纳米材料几何参数、表面镀镍层等对复合材料力学性能的影响,并基于拉伸变形过程中不同碳纳米材料增强纯镁基复合材料的应力-应变关系和微观结构演化,探究了该类复合材料的增强机制。基于原子结构模型的模拟结果表明:不同直径表面镀镍碳纳米管增强单晶镁（Ni-CNTs/Mg）复合材料均较单晶镁基体拉伸性能有较大提高,模拟得到的弹性模量值和理论值吻合良好,证明了模型的有效性。此外,Ni-CNTs/Mg复合材料的力学性能还表现出了温度软化效应和应变率硬化效应,低温高应变率或高温低应变率对复合材料的拉伸性能影响较大。而对于镀镍石墨烯增强镁基（Ni-GNP-Ni/Mg）复合材料,其增强的拉伸性能主要依赖于GNPs的层数,温度也对拉伸性能有明显的影响。该类复合材料的增强机制主要表现为界面提高的载荷传递及位错强化。（3）研究分析了多晶镁（polyMg）、β-SiC增强多晶镁（β-SiC/polyMg）复合材料和纳米混杂增强体（Ni-CNTs+β-SiC）增强多晶镁（（Ni-CNTs+β-SiC）/polyMg）复合材料的拉伸力学行为,探究了上述混杂增强体的协同增强效应。研究结果表明:在基体力学性能表现为正Hall-Petch效应条件下（晶粒尺寸>10nm）,复合材料的弹性模量和流动应力随着β-SiC纳米颗粒增强相体积分数（11～17vol.%）的增大而增大。当β-SiC/polyMg复合材料中添加随机分布的体积分数为2%的Ni-CNTs后,混杂增强复合材料较单一β-SiC纳米颗粒增强复合材料力学性能均有不同程度的提高。当纳米β-SiC与Ni-CNTs混杂体积比为5.5:1时,其弹性模量、屈服强度及流动应力分别较基体提高35.92%、37.93%和19.27%。这与混杂增强时,二者在载荷传递、纳米增强体在基体中的相对均匀分散、界面强化、以及增强相与位错间相互作用等方面之间的协同发挥作用有关。研究结果为混杂纳米增强镁基复合材料的研究提供了一种新的研究思路。（4）使用MD方法系统模拟研究了多晶镁和随机分布的Ni-GNPs-Ni/polyMg复合材料的冲击压缩行为,探讨了冲击速度、初始温度、纳米石墨烯体积分数及分布等对多晶镁在冲击压缩下微结构演化、塑性变形机理及冲击波阵面结构的影响。研究结果表明:多晶镁在冲击压缩下的主要塑性变形机制表现为晶界滑移和晶粒旋转,随后晶粒内形成的位错、孪晶等主导了后期的塑性变形,冲击压缩后最终的微观结构为晶粒内部主要为HCP结构原子,孪晶和堆垛层错会从晶界处滑移穿过整个晶粒到达对应的晶界处。同时发现对于Ni-GNPs-Ni/polyMg复合材料,复合材料的冲击压力及冲击波阵面宽度较多晶镁增大,而且随着增强体体积分数的增加和团聚体的减少而增大,这与复合材料发射位错的临界分切应力增大、以及与晶界相关的塑性变形有关。此外,复合材料冲击压力及冲击波波阵面宽度随冲击速度及时间增加而增大,且系统初始温度升高时复合材料的冲击压力和雨贡纽弹性极限（Hugonoit Elastic Limit,HEL）降低。研究结果有助于理解纳米复合材料纳观动态响应机制。