与单晶金属材料相比,多晶金属材料由于晶界的存在,其塑性变形行为较为复杂。晶界对材料尤其是纳米材料的物理、化学和力学性能具有重要影响,在金属材料的力学性能和破坏事故中,晶界往往起着很大、甚至决定性的作用。而晶界的特性源于晶界处不同于晶体内部的结构和能量,晶界的运动也以能量最小化为原则。因此,晶界能和晶界结构的研究将为掌握材料性质、实现材料改性和设计新材料提供理论基础和指导。然而,实验上难以进行原子尺度的分析和结构观察,这使得实验方法难以研究晶界结构方面的影响,而分子动力学模拟能够直接对原子的运动进行观察,从而分析多晶材料的塑性变形机理。为了研究多晶材料的初始塑性行为,本文以分子动力学为主要研究手段,模拟了双晶Cu的三维拉伸以及纳米压痕过程,并开展了双晶Cu的纳米压痕实验,分析了晶界对材料的微观塑性变形机制及力学性能的影响。模拟中建立了3种不同晶界的原子模型,即共格孪晶晶界、∑5(310)θ=53.1°对称倾转晶界和∑11(332)θ=129.5°非对称倾转晶界,采用EAM势函数描述原子间的相互作用,共轭梯度算法用于系统能量最小化,并引入中心对称参数表征晶体缺陷以及在Nano Indenter? XP开展纳米压痕实验。结果表明:3组不同晶界的双晶纳米线的初始屈服由<11 >部分位错的形核和扩展实现,孪晶Cu纳米线和∑5(310)θ=53.1°对称倾转晶界Cu纳米线拉伸过程没有发生加工硬化现象,∑11(332)θ=129.5°Cu纳米线拉伸中出现了明显的加工硬化现象;晶界的存在限制了部分位错的运动,不同的晶界对滑移面上的部分位错运动的阻力不同,这和晶界本身的晶界能量有关,越低能量的晶界越稳定,对滑移面上的部分位错运动的阻力越大;完美单晶Cu具有比多晶Cu具有更大的弹性模量;具有不同晶界结构的材料有不同的弹性模量。