金属纳米结构材料具有独特的、优异的力学性质。表征这些微结构材料的力学行为，对于纳米科技中结构材料的应用有着至关重要的作用。采用传统的力学实验来表征他们的力学性能有很大的难度，而分子动力学为研究纳米结构材料的变形行为和获得力学性能参数提供了理想工具。本文对纳米结构材料进行了较系统的分子动力学研究。所取得的研究进展包括：　　 本文采用发展的单轴恒应变率加载模拟方法，模拟了单轴拉伸和压缩变形下纳米晶铜的变形，比较和分析了在单轴拉伸和压缩下表现出的不同塑性行为。在纳米晶铜中首次用分子动力学方法观察到了五重变形孪晶结构，模拟结果表明从晶界处不断地发出部分位错，导致顺序的孪晶，并最终产生观察到的五重变形孪晶。并给出了以前分子动力学模拟中没有报道这种变形结构的主要原因。模拟了具有高密度孪晶片层结构的纳米铜的单轴拉伸变形，模拟结果表明孪晶对于位错的阻碍作用是孪晶增强的主要机制，随着孪晶片层间距的减小，材料强度不断提高。随着进一步的塑性变形，位错在孪晶界上塞积，使得孪晶失去共格属性可作为位错源。这一机制可以提高纳米材料的拉伸延性。研究了三维大规模纳米晶高应变率下的拉伸变形，首次在块体纳米镍中发现裂纹的起始和传播，发现晶界处原子键的断裂导致晶界孔洞形成，这些孔洞联合形成微裂纹，裂纹扩展最终导致材料的宏观破坏。模拟发现由于很大的比表面积，金属纳米线表现出和块体材料不同的力学性质。研究了在表面应力作用下，纳米线的结构变化、弹塑性变形、断裂破坏等力学行为。特别研究了具有内部生长五重孪晶和多层孪晶结构的纳米线优异力学性质的根本原因。模拟结果表明内部有这种独特五重孪晶结构的纳米线具有比单晶纳米线高的强度和低的延性。模拟发现在具有多层生长孪晶纳米线中，孪晶界的微观结构对纳米线的强度有显著提高作用，孪晶纳米线的强度随着孪晶界距离的减小单调增加。