单晶硅材料在应用过程中经常由于受到外部载荷的作用而导致可逆或不可逆的结构变形或断裂破坏,研究发现控制材料破坏失效的力学机制除滑移和位错外,晶体内部的结构相变也起了至关重要的作用,在一定程度上决定了材料的硬度和屈服强度,对单晶硅在不同外载作用条件下的结构相变研究有助于了解材料的失效力学机制,也可以预测晶体的结构演化过程。本文应用分子动力学方法对纳米单晶硅在承受单向压缩及纳米压痕载荷作用时的力学行为进行了计算模拟,选取Tersoff势计算Si-Si之间相互作用,而利用Morse势计算Si-C之间作用,并考虑尺寸及温度因素对模拟的影响。在确定模拟正确性之后,通过观察分析变形过程中的晶体结构相变,得到如下结论:1)单向压缩过程中,当应力值在11 GPa附近时Si-I首先向Si-II转变;位于自由表面的原子首先发生结构相变,然后逐步向中间扩散;材料屈服时晶体结构内部同时存在多种结构晶相。2)与温度相比,压强是诱导相变的主要原因;温度对材料弹性阶段的力学行为影响较小,进入塑性阶段后,随着温度升高,发生相变的原子数增多,极限强度变小。3)纳米压痕过程中,发生相变的原子集中在压头的下方,除晶体结构外还观察到非晶相堆积现象,该区域呈肺叶状逐渐扩大;相变的发生主要由剪应力引起,相变发生区域沿解理面扩展。