随着纳米科技的不断发展以及材料器件等逐步趋向小型化,纳米晶体NiTi合金在电子、机械、航空、能源、交通、医疗等诸多领域得到了广泛应用。NiTi形状记忆合金独特的热-力学特性由其马氏体相变和重定向机制决定,因此,在原子尺度上揭示相变、重定向微观机制一方面可为高性能NiTi形状记忆合金的设计与制备提供理论指导,另一方面也能为基于微观机理本构模型的建立提供信息,具有重要的科学和工程意义。虽然目前在NiTi合金应力/温度诱发马氏体相变的分子动力学模拟方面取得了较大的进展,但已有的工作很少涉及单程形状记忆效应中特有的一个过程,即应力诱发马氏体重定向,且没有探究单程形状记忆效应对加载条件的依赖性。本文采用基于第二近邻修正型嵌入原子势的分子动力学方法对纳米单晶NiTi合金单程形状记忆效应进行模拟,揭示其在温度诱发马氏体相变和马氏体状态下应力诱发马氏体重定向过程中的晶体结构特征及微结构演化,探究原子尺度下NiTi合金马氏体相变和马氏体重定向在不同峰值应力和不同加卸载速率下的变化规律,此外进一步分析边界条件和尺寸因素所产生的影响。本文主要开展了以下研究工作:(1)建立纳米单晶NiTi形状记忆合金分子动力学模型,对周期性边界条件下的块状单晶NiTi合金的形状记忆效应进行模拟,此外分析了应力峰值和应力加卸载率因素对NiTi合金形状记忆效应的影响。(2)将模型的边界改为非周期性边界,以y方向为周期性边界,x、z方向为非周期性边界,对NiTi合金单晶纳米柱的形状记忆效应进行模拟,讨论自由表面所造成的影响。(3)改变原模型的长宽高比例,建立三种不同尺寸的NiTi单晶纳米柱模型,讨论在非周期性边界条件下尺寸因素对单晶纳米柱温度诱发相变及形状记忆效应的影响。本文的研究工作可深入揭示NiTi形状记忆合金原子结构微观演变机理,阐明相变过程中所涉及的原子迁移过程(如马氏体成核和生长、晶体孪生行为以及不可恢复应变的发生),这对NiTi形状记忆合金产品的性能优化、寿命评估和安全设计具有重要实践指导意义。