碳纳米管优异的力学性能使得它有可能成为最具应用前景的新型材料之一。基于量子力学理论的计算表明，微观结构对于某些碳纳米管的力学性能和行为具有重要影响。然而由于纳米尺度力学理论的不完备，目前这方面的解析研究尚不太充分。另一方面，跨尺度级联是力学学科近年来的一个研究热点。因此如何建立有效的模型实现碳纳米管宏微观力学性能间的直接关联具有重要的理论价值。 本文基于分子力学概念，首先将Chang和Gao提出的用于预测非手性碳纳米管力学行为的“杆一簧”模型推广到任意手性碳纳米管，获得了不同手性单壁碳纳米管的五个弹性模量的解析解，直接架起了单壁碳纳米管宏微观力学性能间的直接关联；然后进一步将模型发展到非线性情形，预测了轴向、径向以及扭转载荷作用下单壁碳纳米管的非线性力学行为。主要的创新点有： 第一、建立了任意手性单壁碳纳米管“杆一簧”模型的控制方程，获得了任意手性单壁碳纳米管五个弹性模量的解析解，直接架起了单壁碳纳米管宏微观力学性能间的直接关联。研究结果特别表明，经典连续介质理论的杨氏模量和剪切模量关系不适用于碳纳米管。 第二、引入修正的Morse势将模型进一步发展到非线性情形，计算了单壁碳纳米管大变形下的力学行为。计算结果表明，拉伸和内压载荷下碳纳米管的极限强度和破坏应变依赖于手性，但对于直径的变化不敏感。碳纳米管的剪切强度和破坏应变既依赖于手性同时又与加载方向有关。我们还研究了手性碳纳米管独特的拉扭耦合现象。