最近实验研究发现：在超细晶内生成纳米量级的孪晶片层,形成纳米孪晶金属材料,其不仅具有很高的屈服强度,同时还保持较好的塑性。针对这一实验现象,通过对其变形机理的分析,建立了用以描述此类纳米孪晶金属材料屈服应力、应变硬化以及延展性的塑性力学模型。根据已有实验观察,在晶界和孪晶界区域定义了位错堆积区,并认为在这些区域内存在应变梯度；同时,考虑不全位错对应变梯度的影响,给出了与应变梯度相关的晶界/孪晶界位错堆积区的位错密度,从而得到了基于Taylor模型的流应力的解析表述。最后,在应变梯度塑性理论的框架内建立纳米孪晶金属材料的本构关系,并提出了新的失效判据,用以预测材料的延展性。计算结果表明：我们的理论模型可以很好地描述实验现象,并预测出晶粒尺寸为500 nm的纳米孪晶铜,其获得最大屈服强度的临界孪晶片层尺寸为13 nm,与实验得到的15 nm非常吻合。同时,本文预测了临界孪晶片层尺寸与晶粒尺寸满足线性关系,与MD模拟结果相吻合。本模型可以为通过优化晶粒和孪晶片层的尺寸获得高强高韧金属材料提供理论支持。