随着纳米电子机械系统（NEMS）技术的发展，纳米薄膜被广泛用作NEMS的机械构件和电子元件。由于小尺度效应，纳米薄膜的力学性质和宏观尺度下的薄膜显著不同。利用经典的分子动力学方法，本文针对纳米薄膜力学的一些问题包括表面／界面应力和弹性变形行为，进行了数值模拟研究。分子动力学方法的一些基本原理在第二章中做了详细的介绍。在第二章中，首先由统计物理学引入分子动力学。鉴于系综平均计算的困难，分子动力学中的轨道平均（实际中是轨道抽样）是一个很好的替代。对于所研究的非孤立系统，环境本质上也是一个热力学系统。将环境的自由度合并成一个和几个虚拟自由度。这样所研究的物理系统和环境加起来就构成了一个孤立系统，其动力学方程可参照孤立系统的动力学方程得到。除了动力学方程外，原子间的相互作用也是分子动力学方法中很重要的一部分。第二章中同时也讨论了经典势函数的构造和选取的一些基本原则。第三章对分子动力学模拟中原子应力的一些概念和方法进行了分析和讨论，澄清了原子应力计算方法上的一些误区。从定义上看，virial格式是用来计算均匀变形系统的应力的，而Tsai格式是用来计算局部应力的。在用来计算一个系统的平均应力的时候，这两种格式是完全等价的。和Tsai格式相比，因为实施起来比较方便，virial分解式更多地用来计算原子应力分布。然而，根据本章第一节关于virial分解式的推导，可以看到，virial分解式只是一个形式上的选择，并不是根据严格的物理定理。通过详细的分析对比可以看到，使用virial分解式来计算原子应力的时候，只有在所使用的势函数截断半径以内，材料的变形和微结构是均匀的，所得到的结果才准确确。在一些情况下virial分解式可能给出不准确甚至错误的结果。比如，在计算表面附近的应力时，由virial分解式得到的方向应力分量在表面处不为零，而且virial分解式通常也会“低估”材料的微结构和变形的非均匀性。第四章通过分子动力学模拟，计算了纳米单晶铜薄膜在驰豫前后能量和体应力分量沿厚度方向的分布，并考察了Cu（001）表面驰豫对表面附近能量和体应力分布的影响。结果表明，表面能和表面应力重要集中在表面最外原子层内，表面驰豫将引起表面附近能量和应力的释放。表面附近能量的释放沿厚度方向呈现出波动的特点。表面附近各层原子的能量都随着驰豫而下降，只有次外层，其能量反而升高。除了波动的能量释放形式外，结果中还观察到非常“独特”的应力释放形式。面内体应力分量，σ_xx和σ_yy，并不是发生在应力最集中的最外层，而是发生在次外层和第三层。于是就导致一个压力层的存在。尽管总的表面应力仍然是拉应力。表面驰豫的驱动力来自于表面最外层原子配位数降低后的电子结构调整。但是本文的结果显示，体应力的释放并不是发生在最外层。这种“独特”的应力释放规律可以从第一性原理的研究中获得，对于它的掌握可以增加我们对表面驰豫和表面应力起源的认识。第5章通过对Cu／Cu（100）同质吸附以及Al／Ni（100）异质吸附的分子动力学模拟，详细研究了吸附诱导表面应力的起源。结果表明，在低覆盖范围内（0-0.4ML），吸附诱导表面应力主要源于吸附原子导致底物表面原子间的相互作用的改变；在中覆盖直至高覆盖范围内（＞0.4ML），吸附诱导表面应力主要由吸附原子间的相互作用产生，也就是晶格失配。并进一步指出，晶格失配产生的界面应力与吸附层数的呈一定周期的波动性。第6章中，利用分子动力学方法对纳米单晶铜薄膜和单晶硅薄膜的弹性变形的尺度相关性进行了模拟研究。在纳米尺度下，材料和构件弹性变形的尺度相关性包括弹性模量和泊松比的尺度相关性，以及变形刚度的尺度相关性。将分子动力学模拟中得到的结果和Lam等人提出的应变梯度弯曲模型的理论解进行了对比。本章的模拟结果给出以下几点结论。在纳米尺度下，材料和构件的弹性性能和宏观尺度有很大的不同，不光材料和构件的有效弹性模量和泊松比与尺度相关，在非均匀变形下其无量纲化的刚度也依赖与构件的尺度。对于单晶硅纳米薄膜和单晶铜纳米薄膜，当薄膜的厚度大于10nm的时候，弹性常数、泊松比和无量纲化的弯曲刚度的尺度效用趋于零。说明当纳米薄膜和纳米构件的尺度大于10纳米的时候，可以用传统的弹性理论来处理其弹性变形问题。当纳米表面的尺度低于10nm的时候，纳米薄膜的无量纲化的弯曲刚度存在尺度相关性。分子动力学模拟的结果和理论解之间的并不一致。单晶硅纳米薄膜的无量纲化的弯曲刚度差为负值，并且其绝对值随薄膜厚度降低而增加，说明在纳米尺度下，单晶硅薄膜非均匀变形下与尺度相关的软化效应。虽然在铜纳米薄膜中观察到了硬化效应，但这种硬化效应非常不明显。说明用弹性应变梯度理论并不适合处理处理纳米尺度下的材料和构件的非均匀变形问题。