由碳纳米管组装形成的碳纳米管纤维具有轻质、高强、多功能性等特点，是最新的特种纤维材料。研究发现，同向分布且紧密排列的碳纳米管纤维比传统碳纤维具有更高的比模量、比强度以及柔韧性，可用以制备高性能的复合材料。在碳纳米管纤维复合材料中，由于制备工艺的差异，碳纳米管纤维的排布情况、基体与碳纳米管纤维的接触面积不同，得到的复合材料性能也不同。基于全原子分子动力学模拟结果，可以得到碳纳米管的粗粒化模型，进而建立中尺度碳纳米管纤维模型，并采用相对全原子模拟更长的积分步长和时间尺度，有效地简化了碳纳米管纤维的模型。通过进行分子动力学分析，得到了碳纳米管纤维在荷载作用下的变形过程与破坏机理，并分析了碳纳米管分布情况、长度、方向、缠绕度、扭转程度等对碳纳米管纤维力学性能的影响。