非晶和晶体的纳米复合结构是实现金属材料强韧化的有效途径。然而,非晶/晶体纳米复合结构材料的塑性形变微观过程和强韧化机理尚不明确。本论文利用大规模分子动力学模拟方法和理论分析,以具有代表性的Cu-Zr非晶/晶体体系为研究对象,分析了它们在层片复合和基体增强相等典型构型下的塑性形变机制,进而探讨和总结了纳米复合结构的力学耦合强韧化机制。通过分析Cu₅₀Zr₅₀非晶/Cu晶体纳米层片结构拉伸下的力学性能和塑性形变行为,发现层片结构样品的力学性能具有显著的尺寸效应,模拟工作对具有相同调制比和不同调制比的结构都有涉及,还探讨了晶体部分为单晶或多晶的不同构型下的塑性形变机理。研究发现,Cu₅₀Zr₅₀非晶/Cu单晶晶体纳米层片结构中,层片结构对剪切转变区域的产生有明显的抑制作用,非晶中的不成熟剪切带在和非晶/晶体界面作用时可以发生分叉、弯曲和偏折等现象,晶体层的存在可以有效地阻碍剪切带的发展。位错与界面发生相互作用可以在界面附近的非晶中诱发剪切转变区域的生成。不成熟剪切带/剪切转变区域与位错组成的均匀分布的网状结构为样品整体提供了可观的塑性形变。束缚层滑移模型可以很好地解释模拟结果中27纳米到4纳米之间强度的尺寸效应,但当样品小于4纳米时模型失效,样品发生软化现象和整体的剪切形变。对于不同调制比的纳米层片结构材料,其强度性能可以用构成它的两种组分的简单混合法则来解释,其塑性性能同时高于纯非晶和单纯的晶体。当晶体中存在晶界或晶粒尺寸小于晶体部分层片厚度时,更多失效位置和位错的引入使晶体部分比非晶部分更早发生失稳和屈服,晶体趋向于与非晶部分发生共同的整体剪切形变。界面在形变过程中起着连接不同组分和传递应变的作用,可以作为剪切转变区域的诱发源,以及不成熟剪切带/剪切带/位错的诱发源和吸收位置。对Cu₅₀Zr₅₀非晶/B2-CuZr晶体纳米层片结构的力学性能和微观塑性形变行为做了分析。研究发现,在发生形变时晶体部分会伴随着B2相到过渡相R相的马氏体相变过程,相变为晶体部分提供了塑性变形。相变区域与非晶/晶体界面的相互作用会诱发非晶中在界面附近产生新的剪切转变区域。在剪切转变区域受到层片结构的抑制作用及不成熟剪切带/剪切带受到界面的阻碍作用这两种机制的控制下,可调节的剪切转变区域在非晶中均匀分布从而为材料整体提供塑性。当非晶中某位置的应变由不成熟剪切带/剪切带释放时,晶体的相应部分会发生逆相变的过程,此过程可以与非晶部分的形变相互协调,进而最终可调节的马氏体相变区域和剪切转变区域共同控制了样品整体的塑性形变。分析了Cu₅₀Zr₅₀非晶基体Cu晶体增强相纳米复合结构的力学性能和微观塑性形变行为。研究发现,在非晶基晶体增强相纳米复合材料中,增强相的存在对剪切带/不成熟剪切带的扩展有明显的抑制作用。非晶/晶体界面可以作为剪切转变区域/不成熟剪切带的形核位置。晶体中位错在与界面作用时同样可以诱发界面位置非晶中剪切转变区域的形成。增大晶体相体积分数、使增强相以阻碍剪切带形成和扩展的分布形式存在于基体中,是一种相对优化的结构设计方案,可以提高材料整体的强韧性能。通过将不成熟剪切带/剪切转变区域分隔在晶体间的间隙中,强化了不成熟剪切带/剪切转变区域的局部淤积效应。利用该局部淤积效应不仅可以抑制主导的成熟剪切带的形成,还可以使剪切转变区域在整个样品中更加均匀分散地分布从而提高材料的塑性形变能力。本文旨在从原子层次上揭示剪切转变区域、不成熟剪切带、剪切带、位错、相变等形变要素之间交互作用的规律,澄清非晶/晶体纳米复合结构的塑性形变行为和力学耦合强韧化机制,为金属材料的强韧化提供必要的理论基础,为实验中制备和研发材料提供帮助。