单晶铝（Al）具有优良的耐热性和耐腐蚀性,使其在许多工业应用中具有重要意义。然而,铝材料固有的柔软性、较差的抗侵蚀性和抗摩擦性限制了其潜在的应用价值。石墨烯（Gr）是二维材料,不仅比表面积大、熔点低,而且强度高、导电导热性能好,非常适合作为增强材料。将Gr和Al结合得到复合材料,不仅可以保护和增强铝的表面性能,还能产生新的协同作用,显著提高了复合材料的性能,因此被广泛应用于军事、航天和微电子技术等领域。本文建立了石墨烯/铝（Gr/Al）复合材料的分子动力学（MD）模型,研究了Gr/Al复合材料在拉伸、剪切和冲击载荷作用下的力学性能。主要内容有以下三部分。（1）研究了Al和Gr/Al复合材料的拉伸变形过程以及位错发展规律,得到了其拉伸力学性能,如弹性模量、变形机制和裂纹失稳情况等。讨论了裂纹尺寸、温度和应变率对Gr/Al复合材料拉伸性能的影响。结果表明,Gr的存在抑制了位错的滑移和裂纹的扩展,使得复合材料的强度显著提高,对Gr/Al复合材料具有明显的增强作用。随着裂纹尺寸的增大,Gr/Al复合材料的应力强度因子随之减小。同时Gr/Al复合材料的弹性模量和极限应力也随之降低,导致了Gr/Al复合材料的强度大幅下降。这说明裂纹尺寸可以显著影响Gr/Al复合材料的拉伸力学性能。此外,温度和应变率也是影响Gr/Al复合材料的拉伸力学性能的重要因素。（2）通过模拟得到了Al和Gr/Al复合材料在剪切过程中的应力-应变关系和位错形貌。探讨了Al和Gr/Al复合材料剪切力学性能的差异。分析了不同Gr层数、温度和应变率对Gr/Al复合材料的影响。研究发现,在剪切过程中,Al原子层受到Gr的约束,阻碍了位错的形核,而Gr具有较高的面内强度,Al原子层限制了Gr的结构屈曲,这说明Gr显著增强了复合材料的剪切强度。相比Al而言,不同Gr层数的复合材料的剪切强度和剪切弹性模量都有所提高。与10K相比,当温度升高到800K时,Al和不同层数Gr的复合材料的剪切弹性模量分别降低了36.24%、19.05%、12.36%和11.38%。结果表明,温度可以显著影响Gr/Al复合材料的剪切力学性能,然而应变率对Gr/Al复合材料的剪切力学性能影响较小。（3）研究了Al和Gr/Al复合材料的冲击力学响应,分析了弹头在冲击靶板过程中的瞬态变化过程,改变弹头冲击速度、半径、形状等观察Gr/Al复合材料的冲击过程。研究发现,Al和Gr/Al复合材料的冲击过程包括压入阶段、侵彻阶段和冲出阶段。相比Al而言,Gr/Al复合材料具有更高的冲击载荷值,约为Al的2.78倍,这是因为石墨烯具有较强的抗冲击性能。弹头特性对冲击性能的模拟结果表明,随着弹头冲击速度的增加,弹头对靶板破坏能力越大,背靶处原子堆积数量越多。相比锥形弹头,球形弹头与基体的接触面积大,最大接触力也大。在球形弹头冲击作用下,Gr/Al复合材料中的Gr呈现“珍珠状”破裂,而锥形弹头中的Gr是由点及面的断裂,最终将冲击力释放,靶板从微曲状态恢复到直线状态。此外,Gr的位置对Gr/Al复合材料的冲击性能影响显著。