金属材料在航空、航天工业以及民用工业等领域具有广泛的应用，如何获取同时具备高强度和良好塑性的金属材料一直是金属材料领域长期以来亟待解决的重大难题。目前为止，人们已经发展出的强化方法，包括应变强化、固溶强化、相变强化、晶粒细化强化和第二相弥散强化等，均使得材料的韧性或塑性降低。在纳米晶基体掺杂粗晶形成双模态晶粒尺寸分布己被认为是获得高强高韧金属材料的有效方法之一。实验研究表明，表面纳米化技术如表面机械研磨方法可以制备出双模态晶粒尺寸梯度分布的纳米结构金属材料，此类纳米结构金属具有高强高韧的力学性能。针对双模态晶粒尺寸梯度分布纳米结构金属304不锈钢的力学性能，考虑不同深度位置变形过程所产生的微纳米裂纹对局部应力应变状态的影响，采用细观力学方法建立了复合材料模型。基于此弹塑性力学模型，分析了不同梯度分布下纳米结构304不锈钢在不同晶粒尺寸分布下的力学性能，给出了屈服强度和延展性与各体积分数之间的定量关系。