纳米金属材料的力学性能及变形机制一直是材料领域的研究热点,尤其是关于晶粒尺寸对材料的强度及塑性的影响的研究。一般而言,细化晶粒能够使材料强度增高,但材料的延展性会极大的降低。工程结构材料的理想性能往往是具有高强度和高塑性的,然而强度与塑性通常不可兼得。塑性较好的材料强度往往很低,而具有较高强度的材料其塑性很差。纳米金属材料是典型的高强材料,其强度比粗晶金属高一个量级,但延展性几乎为零;而粗晶金属延展性较好,但强度不高。如何提高纳米金属的拉伸塑性变形能力成为材料领域的一项重大难题。材料的微观结构和成分含量对材料的宏观力学性能起决定性作用。梯度材料的组成、结构连续变化,内部没有明显界面,性质连续变化。有研究发现,梯度纳米金属既具有较高的屈服强度,同时其延展性也非常好。因此对梯度材料相关性能研究就很有意义。计算机模拟发展迅速,已成研究材料性能的一种有效方法。本文采用分子动力学方法研究了梯度纳米晶铜及梯度铜镍合金的力学性能。首先,应用分子动力学方法模拟纳米晶Cu及梯度纳米晶Cu在单向拉伸应变载荷下的的力学性能与微观结构变化过程。模拟结果表明,梯度纳米晶Cu的屈服强度及拉伸塑性变形能力比纳米晶Cu略高。在对梯度纳米晶Cu拉伸模拟过程中,其变形机制较为复杂,粒径较小的区域首先产生裂纹,然后逐渐在粒径较大的区域出现裂纹,单晶区塑性最好,材料遭到破坏时仍然没有裂纹出现,只存在位错运动及堆垛层错。其次,应用分子动力学方法模拟Ni成分梯度变化的纳米晶Cu/Ni合金在单向拉伸应变载荷下,合金的力学性能与微观结构变化过程。结果表明,随着Ni含量梯度的增加,Cu/Ni合金的弹性杨氏模量逐渐增加,而且Ni浓度梯度的改变会对合金的屈服强度以及延展性造成一定的影响。垂直于浓度梯度方向拉伸时,屈服阶段过后,合金内部裂纹首先在三叉晶界处产生,然后出现在Ni含量接近50%的区域。Ni浓度梯度非常大时,富Cu区域也较容易产生裂纹。