原子有限元方法是一种耗时少且与分子力学方法有着近似精度的原子尺度模拟方法。由于该方法与传统的原子有限元方法有着相同的理论框架因此可以将二者结合用来进行多尺度模拟。本文利用原子有限元方法结合Tersoff-Brenner势函数对近年来研究较热门的类石墨烯纳米材料(石墨烯,碳化硅纳米管,氮化硼纳米管)和具有金刚石立方晶体结构的单晶硅纳米材料的力学性能进行了研究。由于石墨烯在近年来被成功合成,理论上和实验上已经证明其具有优异的力学性能和光电学性能。其氧化产物—氧化石墨烯较之于石墨烯更容易均匀的分散于水中,本文将其作为一种纳米增强材料加入水泥基材中,利用纳米压痕仪研究其力学性能。主要研究结论如下:(1)利用原子有限元方法计算了氮化硼、碳化硅纳米管的杨氏模量,并研究了两种纳米管的压屈行为,结果证明两种纳米管有着优异的力学性能,且通过研究发现纳米管的长度对杨氏模量值有着重要的影响,而纳米管的长度对屈曲应变影响较小;(2)对于具有金刚石立方晶体结构的纳米材料,本文给出了包含17个原子的代表单元,然后利用该代表单元对单晶硅纳米材料的力学性能进行了研究,计算了不同晶向的单晶硅纳米线的杨氏模量和泊松比,研究发现在相同的直径下,[110]方向的单晶硅纳米线具有最大的杨氏模量,而[100]方向的值最小;(3)对锯齿型和扶手椅型石墨烯的杨氏模量进行了计算,至此我们发现,具有六方晶格结构的纳米材料比传统的金属材料有着更加优异的力学性能;(4)在实验部分,氧化石墨烯被用来提高通用硅酸盐水泥的力学性能,本文发现掺量0.03wt%和0.05wt%氧化石墨烯能增加高密度C-S-H凝胶和超高密度C-S-H凝胶的含量。