金属纳米材料的强韧机理研究是纳米力学的重要研究领域。表征金属纳米材料的优异力学性能，在原子层次开展强韧机理研究，对于纳米材料的应用有着至关重要的作用。采用常规的力学实验方法和基于连续介质力学的传统理论来表征纳米材料的力学性能存在很大困难，而分子动力学为研究纳米结构材料的力学响应和内部结构的微观演化提供了理想的工具。　　 虽然人们采用分子动力学方法已经对金属纳米材料的强韧力学性能开展了大量探索性研究，但是到目前为止仍然存在着一些基本问题需要进一步研究和澄清，如位错行为、塑性变形和强韧机理的关系等。本文以金属纳米晶和纳米线为研究对象，以分子动力学为研究手段，借助位错分析和能量分析方法，围绕金属纳米材料强韧机制的若干相关基本问题进行深入研究。所研究的关键问题及取得的主要研究进展如下:　　 （一）通过对螺位错在不同外力作用下与层错发生反应的分子动力学模拟，揭示了螺位错与层错之间的相互作用模式，建立了各作用模式与材料内在属性和外力条件的关系，界定了螺位错与层错发生反应的起始应力以及不同作用模式之间转化的临界应力，阐明了螺位错在层错面发生交滑移的条件。通过对含层错和不含层错的面心立方纳米晶金属材料拉伸性能的模拟，揭示了层错对纳米晶强度的影响。　　 （二）通过对多种面心立方金属、在较广的晶粒直径范围和较宽的孪晶间距范围内的分子动力学模拟，揭示了随晶粒直径和孪晶间距的变化，孪晶界对纳米晶强度的影响。第Ⅰ类面心立方纳米晶中，引入孪晶界起强化作用。对于第Ⅱ类面心立方金属，存在晶界和孪晶界的竞争，从而造成了纳米孪晶金属材料强度的强化和弱化转变。孪晶究竟是起强化作用还是起弱化作用，完全取决于位错形核的临界分切应力。　　 （三）通过对不同表面取向金属纳米线的原子模拟，揭示了纳米线的强度对表面取向的强依赖性。通过分析纳米线的表面位错形核过程，发现了两种不同的位错形核模式:角状区域形核和带状区域形核。由于纳米线表面取向不同，造成纳米线侧表面和{111}滑移面之间的相交平面形状的差异，进而导致位错形核区域和位错形核模式的不同。位错形核模式的不同引起形核激活能和激活体积的差异，并最终导致不同取向的纳米线表现出显著的强度差异。基于模拟结果，提出了一种新的纳米线强化机制——表面取向强化。即，在具有大自由表面和强各向异性的低维纳米材料中，可以通过表面取向的合理设计，提高表面位错形核的激活能，延迟塑性变形的发生，从而达到强化的目的。　　 （四）通过对体心立方纳米线力学性能的原子模拟，发现体心立方金属纳米线表现出显著的拉——压不对称性和较强的温度效应。通过对比面心立方金属和体心立方金属纳米线的伪弹性的模拟结果，发现纳米线是否表现出伪弹性，关键取决于起始塑性变形是否为孪晶变形。特定轴向和表面取向的单晶金属纳米线，在仅出现孪晶变形的情况下，可以通过孪晶带的扩展和收缩，实现可回复的塑性变形。　　 （五）通过对非晶合金的形成过程、高温退火晶化过程的分子动力学模拟，揭示了冷却速率在非晶合金形成过程中的关键性作用，以及温度对非晶晶化的影响。通过对非晶合金纳米线在不同温度下单向拉伸力学响应的模拟，发现了随温度的升高非晶纳米线的韧脆转变现象，提出了韧脆特性无量纲量，用以表征非晶合金纳米线的韧脆特性。