本文综述了一维金属纳米材料的现状和发展历史。一维金属纳米材料的力学性质可以通过引入内部微结构或减去内部部分材料形成纳米管得到调整,因此,本文选取了具有代表性的两种特殊结构的一维金属纳米材料——具有表面凹槽的五次孪晶银纳米线和金纳米管,研究金属纳米线内部结构对其力学性能的影响。文中采用分子动力学方法模拟了上述两种特殊结构纳米线的单轴压缩、拉伸和纳米压痕变形行为,发现金属纳米线的力学行为极大地受到其内部微结构的影响,从原子结构层面表征了纳米线的变形机制。本文详细的阐述了分子动力学数值模拟方法,包括其基本原理、原子势函数、运动方程求解算法、周期性边界条件、温度压强控制方法等。着重讨论了分子动力学方法实际应用中的一些关键技术,如可视化技术、初始条件、维里应力计算方法等。文中模拟了具有表面凹槽的五次孪晶银纳米线的单轴拉伸、压缩和纳米压痕力学行为,讨论了纳米线内外部缺陷,包括孪晶界、表面晶面形状和表面凹槽对其力学行为的影响,发现具有不同微结构的银纳米线具有不同的屈服机制。五次孪晶和表面凹槽在拉伸变形中总体上增强了银纳米线的强度,而在低温压缩时,当纳米线直径增加时则引起反常的强度减弱作用。这种反常的尺寸和温度效应可以归因于在加载条件变化时,银纳米线屈服时的位错形核优先位点随之发生了变化。此外,虽然在纳米压痕中五次孪晶界在银纳米线中引起了显著地应变硬化效应,但在单轴变形中,却既可以减小也可以增加银纳米线的初始屈服应力。在纳米压痕中,表面凹槽可以通过阻尼震荡行为,或者说表面凹槽的“开-关”行为,消耗了纳米压痕的部分能量,在纳米压痕载荷-深度曲线中表现出反常的震荡行为。通过对金纳米管进行单轴拉伸力学行为模拟发现,金纳米管在单轴拉伸中同时表现出了超高强度和超高的塑性流；随着金纳米管的管壁厚度减弱,屈服行为表现出明显的转变,由具有尖锐峰值的屈服行为(应力达到屈服点后急剧降低)转变为具有明显应变硬化的相对平滑的屈服行为。金属纳米管的单轴拉伸行为具有明显的轴晶向效应,其中[111]晶向金纳米管弹性行为表现最为突出,[110]晶向金纳米管塑性行为表现最为突出。在[111]取向金纳米管中屈服强度比对应纳米线高约60%,趋近于金的理想强度。这种[111]取向金纳米管中超高拉伸强度可能来自于位错在外表面形核时,内表面将对其施加的强烈的镜像排斥力。[110]晶向的金纳米管可以在塑性流高达60%的拉伸应变过程中保持超过2 Gpa的超高流变应力,而相同尺寸的同晶向实心金纳米线则通常在少于5%的拉伸应变中应力急剧降低至少于1 GPa。同时,通过改变管壁厚度,[110]晶向金纳米管可以获得超高的屈服强度和延展性,分别高出对应实心纳米线约40%和72%。本文的研究为纳米材料设计提供了理论支持,为以往单一向一维纳米结构中引入内部结构的纳米材料设计方法提供了新的思路——通过减去纳米线中的部分材料形成纳米管,可以使其各方面性能均得到很大提高,为纳米材料设计的发展提供了新的方向。