碳纳米管作为一种轻质、高强度、高模量的准一维材料,具有优异的力学性能,作为复合材料的增强相,目前被广泛用于聚合物基复合材料中。通过利用纳米碳管的载荷传递特性,碳管/聚合物复合材料可以将载荷转移到高强度的增强体上,从而实现了复合材料的力学性能的提高。然而,由于碳纳米管光滑的碳六环惰性表面结构,碳纳米管与聚合物基体之间的界面作用较弱,形成了弱界面,阻碍了载荷传递的的效果与力学性能的增强,不能完全发挥出纳米碳管的增强效果。为改善这一情况,提高增强体与基体之间的界面结合作用,许多学者通过将碳纳米管表面改性以及官能化处理等方法来提高二者之间的界面增强效果。此类方法虽然在一定程度上改善了弱界面,提高了界面结合作用,但没有从增强体、基体的本身结构上进行改进,因此得到的增强效果提高不明显。本文从纳米碳管增强体结构出发,提出了碳纳米管-石墨烯混杂结构增强体模型,运用分子动力学模拟的方法,研究了混杂结构/聚合物复合材料中在轴向载荷下的力学响应以及界面力学增强机理,为纳米碳管增强复合材料的研究提供了一种新的研究思路。本文首先围绕碳纳米管-石墨烯混杂结构特点,研究了其结构参数及其在拉伸载荷下的力学响应。分析了混杂结构力学响应的机制,研究了不同的结构参数对于混杂结构强度以及力学行为的影响。结果表明,混杂结构由于碳纳米管的部分打开强度明显降低,只有纳米碳管强度的1/2;主要在碳纳米管与石墨烯的交界区发生断裂,且切开比例、螺旋度的增大明显降低了结构的强度;随着开口数量的增大,混杂结构强度增大并保持在30 MPa左右。其次,研究了碳纳米管-石墨烯混杂结构/聚乙烯复合材料力学增强效果与机理。通过模拟将混杂结构增强体从聚乙烯基体中拔出的过程,研究了混杂结构增强复合材料的力学增强效果;计算结果表明,混杂结构增强体可以明显提高复合材料强度与韧性,其主要通过增强体结构变形与机械能的增加提高强度与韧性;当混杂结构增强体手性为（10,1）,开口数量k=4,切开比例l=0.8时最大拔出力与拔出能量为3.38 n N,190×10^-19 J,是碳纳米管增强体的3倍与4倍。同时,混杂结构的增强聚合物复合材料的力学性能受结构参数影响较大,当混杂增强体螺旋度较大、开口数量较小、开口比例在最优区间、基体密度较大时,复合材料的力学性能会明显提高。