随着材料科学、微电子技术等各领域高科技的迅速发展,机械制造技术已从精密加工发展到超精密加工,切削厚度已达到纳米量级。纳米加工在加工方式和机理方面所出现的重大变革,将引起材料加工表面的机械、冶金、物理、化学或其他方面的性能发生变化;尽管这些变化只发生在表面或表层,但可能对工件的使用性能有致命的影响。其中,微纳米表面残余应力对零件的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性等有着十分重要的影响。因此,零件中残余应力的测量研究对生产和科学实验有重要的现实意义。随着表面工程技术和微电子机械系统的发展,传统的机械释放测量法和无损测量法几乎不能满足在微纳米尺度下的检测需要。因此,本文在微纳米级压痕实验的基础上,结合分子动力学仿真来分析和检测材料表面的残余应力。通过文献调研、理论建模仿真、试验和比较分析等研究,主要完成了以下工作:首先,运用力学理论,建立微纳米尺度下残余应力检测的理论公式,研究纳米压痕法检测微纳米尺度下残余应力的理论依据;其次,建立纳米尺度下单晶铜材料的分子动力学模型,利用该模型对微纳米尺度下表面残余应力检测进行仿真研究,从而验证在纳米尺度下运用纳米压痕法检测残余应力的正确性。提出可用于大尺度仿真的分子动力学仿真方法;第三,运用分子动力学方法对单晶铜在微纳米尺度下的表层残余应力进行了分析,并通过实验进行了验证。最后,对全文研究进行总结,并提出进一步研究工作的方向。