材料多尺度分析是目前推进材料科学发展的前沿热点与挑战性课题之一，具有重大的学术与应用价值，尤其对深刻理解材料的变形和破坏机制具有重要意义。基于原子势的有限元模型(IPFEM)是近年来发展的一种重要的材料多尺度分析方法，已被应用于理想晶体力学行为的分析。然而目前IPFEM还存在很大局限性。首先，它仅适用于OK温度下的简单晶体，还不能用以分析复杂晶体和有限温度等更复杂问题。此外，IPFEM中嵌入的Λ准则只能预测晶格的弹性失稳，而不适用于预测晶格动力学失稳。这些问题极大地限制了IPFEM的应用，因此迫切需要发展适用性更广的IPFEM方法，这对于拓宽IPFEM的研究领域乃至推动材料多尺度分析方法的发展和应用具有十分重要的意义。　　 本文在简单晶体IPFEM方法基础上，特别考虑了复杂晶格变形时产生的内位移，进而发展了复杂晶体IPFEM方法。进一步利用准谐近似理论(QHT)中的局部准谐近似模型(LQHM)和倒易空间准谐近似模型(QHMK)引入了温度参量，发展了有限温度IPFEM方法。此外，在IPFEM中同时嵌入了人准则和声子失稳准则以用于晶格失稳的预测，并根据线性约束最优化理论提出了一种基于声子失稳准则定位失稳点的高效算法。在此基础上，利用IPFEM对多种不同结构的理想晶体(如BCC结构的Fe、FCC结构的Cu和Al、HCP结构的Mg以及B2结构的NiAl)在不同加载模式和有限温度下的力学行为展开了系统的多尺度分析，并与分子动力学(MD)和第一性原理(ab initio)的模拟结果以及实验结果进行了比较。　　 在基于简单晶体IPFEM方法的单晶Fe[100]单向拉伸模拟中，首次建立了Λ准则与马氏体相变之间的联系，丰富了马氏体相变的物理内涵。单晶Fe沿[110]方向单向拉伸时，在达到应力-应变曲线最高点之前晶格已经失稳，因而降低了理想强度。利用简单晶体IPFEM方法对大尺度单晶Cu、Al在纳米压入下的力学行为各向异性展开了深入的研究，并首次提出了“临界压入硬度”的概念，它反映了压入面在纳米压入下抵抗塑性变形的能力。IPFEM的模拟结果表明，单晶Cu各个晶面的临界压入硬度和压入模量均大于单晶Al，并且各向异性程度也都明显高于单晶Al。　　 对单晶Mg和单晶NiAl在不同加载模式下的力学行为的研究表明：在晶格处于弹性阶段，本文发展的复杂晶体IPFEM方法能够获得与MD相一致的模拟结果而耗费的计算时间却更少，体现了其有效性和高效性；内位移弛豫对于精确预测具有非中心对称原子结构的理想晶体的力学性能至关重要，忽略内位移将可能产生较大的误差；声子失稳准则在低温下比Λ准则更具一般性，它能够精确地预测出晶格动力学失稳的特征。　　 与传统的“地毯式”搜索法相比，在满足同等精度条件下，本文提出的基于声子失稳准则定位失稳点的高效算法具有显著的计算效率优势。该新算法的计算耗时对分析模型的单元数不敏感，而“地毯式”搜索法却随模型的单元数成线性增长。　　 利用本文发展的基于LQHM和QHMK模型的有限温度IPFEM方法和MD对单晶Cu的热膨胀和单向拉伸进行了模拟研究，结果显示：LQHM-IPFEM的计算效率最高，但精度较差；QHMK-IPFEM在300K以下能够获得与MD较为接近的模拟结果而耗费更少的计算用时，但在更高温度下显著存在的声子非谐作用导致其精度下降；同样的原因也使得Λ准则和声子失稳准则的预测精度随温度升高而下降。此外，利用QHMK-IPFEM模拟了大尺度单晶Cu的纳米压入力学行为，获得了与实验结果十分接近的室温下三个典型晶面的压入模量，验证了本文发展的有限温度IPFEM方法的有效性。