纳米金属晶体的塑性变形以及微观断裂行为与晶体内缺陷的动态演化和运动息息相关。深入了解内部缺陷的演化规律和缺陷间的相互作用对纳米金属材料变形行为的影响,对于提升材料的强度、延展性、抗断裂与抗辐射性能和服役寿命具有重要的学术意义及应用价值。近年来,通过合理调控界面缺陷和体缺陷以提高纳米金属材料综合性能的增强策略备受关注。因此需要对界面缺陷调控的塑性变形机制以及位错-体缺陷间相互作用机制进行更加深入地考察。基于现有实验技术考察金属内特定纳米缺陷的动态演化具有一定的难度,严重限制了人们对于缺陷结构-力学性能相关性及其本征变形机制的认知。计算模拟方法可以帮助人们加深对富集束位错-缺陷以及缺陷间相互作用的动力学机制的理解,并对与塑性失稳相关的时空特征进行定量分析。在此基础上,本文采用分子动力学、位错动力学方法以及多尺度计算方法,以揭示含界面缺陷/体缺陷纳米金属材料变形中的微结构演化机制为目标,开展了以下研究工作:第一,基于分子动力学方法考察了梯度界面缺陷结构对于纳米金属材料力学性能以及塑性变形机制的影响。建立了梯度纳米晶粒模型和梯度纳米孪晶模型,并进行单轴拉伸模拟。模拟结果表明,梯度纳米晶粒模型的平均流动应力线性依赖于d-1/2（d,模型的平均晶粒尺寸）,当d>dc（dc,临界晶粒尺寸）时,斜率为负值即遵循经典的Hall-Petch关系;当d<dc时,斜率为正值即遵循反Hall-Petch关系。对于梯度纳米孪晶模型,当λ>λc时（λ,平均孪晶间距;λc,临界孪晶间距）,模型的平均流动应力同样遵循经典的Hall-Petch方程;当λ<λc时,梯度模型呈现出软化的趋势。在梯度纳米晶粒模型中,随着外部应变的增加,容纳塑性变形的主要机制从晶界介导的机制向基于位错运动的机制转变。在梯度纳米孪晶模型中,孪晶界的迁移和湮灭主导了窄孪晶间距晶粒的塑性变形;而在宽孪晶间距晶粒中,位错增殖和贯穿孪晶界等位错活动成为容纳模型塑性变形的主要机制。通过监测微结构演化,观察到梯度界面结构引起的应变梯度分布现象和协同变形机制,是诱导额外应变硬化的关键因素。第二,基于分子动力学方法考察了含孔洞纳米孪晶铜材料中结构与力学性能的潜在关系。首先,建立了包含球形/椭球形孔洞的块体纳米孪晶铜模型,分析了单轴拉伸载荷下模型的微结构与塑性变形之间的关系。通过计算得到应力-应变曲线并分析变形过程中的位错活动,系统地考察了孪晶间距、孔洞尺寸、孔隙率、孔洞形状和取向以及加载方向对于材料力学性能的影响。结果表明,共格孪晶界可以显著地提高材料强度,包括材料的屈服强度和流动应力。位错发射临界应力受到孔洞尺寸的影响,进而影响纳米孪晶铜的屈服应力,量化结果与Lubarda理论预测模型一致吻合。相比于小孔洞,大孔洞表面的位错发射临界应力更低。较大的孔隙率会增加纳米孪晶铜中应力集中区域的面积,从而导致弹性模量和屈服应力降低。此外,不同的加载方向下位错滑移模式的转换造成了结构力学性能的各向异性。当施加载荷垂直于孪晶界面时,位错沿着趋近孪晶界的方向移动,随后被孪晶界阻碍。当施加的载荷平行于孪晶界面时,位错沿着平行于孪晶界面的方向在两层相邻孪晶界中间的内部区域中滑移,直至被晶界或者其他位错阻碍。第三,基于分子动力学方法考察了氦气泡的植入对于纳米孪晶铜材料力学性能的影响。首先,构建了氦气泡随机分布的柱状多晶纳米孪晶铜模型,综合考虑了孪晶间距、初始气泡压强、温度以及气泡数密度对结构拉伸变形机理的影响。研究结果表明,孪晶界的存在可以显著地提高纳米晶铜的屈服强度和流动应力,且增强效果遵循经典的Hall-Petch关系。位错滑移被孪晶界阻碍,并被限制在两层孪晶界面之间,在孪晶界附近产生位错集中,形成“位错墙”。相比于平均流动应力,初始气泡压强对于屈服强度的影响更为显著。气泡表面的位错发射临界应力随着初始气泡内压的升高而降低。温度的升高会弱化氦气泡植入纳米孪晶铜的力学性能。此外,温度升高会引起氦气泡内部压强上升,从而影响材料的屈服强度,并且这种影响随着温度升高会更加显著。在纳米尺度上,气泡主要作为位错发射源而存在,其对位错的阻碍作用不明显。因此,气泡的数密度的增加会降低材料的力学性能,包括弹性模量、屈服强度和平均流动应力等。第四,针对可剪切第二相颗粒硬化预测问题,建立了基于分子动力学-位错动力学的三维层级多尺度计算方法,证实了合金中Orowan增强和林硬化的二次叠加共强化机制。在该方法下,通过分子动力学模拟计算获取位错阻尼系数来量化位错在纳米尺度上的运动行为。随后构建了具有真实物理含义的颗粒应力场模型,并利用分子动力学方法对其进行参数化,然后将其应用到微观尺度的位错动力学模拟中。通过计算单个位错剪切周期性排列的可剪切或不可穿透颗粒的临界分切剪应力和相应位错构型的临界分离角,与理论预测结果对比发现吻合良好,从而验证了该计算方法在二维空间中的合理性。最后,利用所提出的多尺度计算方法模拟分析了包含恒定体积分数和数密度颗粒的三维单晶铜的单轴拉伸行为,并采用Bacon-Ko.cks-Scattergood理论强化模型再次对该方法进行了验证,理论预测结果与模拟结果吻合较好,表明该计算方法在三维合金颗粒强化预测方面具有良好的性能和广泛的应用前景。