工程应用上的金属材料通常是多晶或多相材料,其内部包含大量界面结构。研究表明这些界面微结构的演化会严重影响金属材料的力学性能。随着模拟方法和计算机技术的发展,大规模分子动力学模拟已成为研究金属材料中微结构演化规律的重要方法。本文采用分子动力学方法研究了双晶Cu中的扭转晶界、双相Cu/Al中的异质界面、单晶Cu纳米线的外表面对其变形机理及力学性能的影响,具体研究结果如下:对双晶Cu中扭转角度晶界对其变形行为影响的研究表明,低扭转角度晶界由类方形的失配位错结构组成,高扭转角度晶界由相互交汇的环状失配位错结构构成。随着晶界扭转角度的增加,失配位错结构的尺寸逐渐减小,而屈服点和断裂点的应力先减小再增加,最终趋于常数。在拉伸加载前期,对于低扭转角度晶界,晶界失配位错合并滑移,晶界结构完全分解消失;对于高扭转角度晶界,弯曲位错很难合并成大的位错线,多根短小位错线滑移直接撕裂了晶界结构。在拉伸加载后期,材料以空洞形核及长大为特征的延性断裂机制失效。对于低扭转角度晶界,空洞通过层错相互交叉产生,主要分布在晶粒内部;对于高扭转角度晶界,空洞通过晶格位错和失配位错相互作用或者多根失配位错集体滑移产生,主要分布在晶界处。对双相Cu/Al中异质界面对其变形行为影响的研究表明,异质界面由一层Cu原子和一层Al原子构成,三种刃型位错将界面分隔为多个近似等边三角形的面心立方结构区域和密排六方结构区域。随着模拟温度的升高,初始界面结构变得更加不规则,屈服应力和断裂应力值下降。但是,温度不会改变界面失配位错类型和材料的变形机制。在拉伸加载前期,晶格位错首先在界面附近的Al层中产生,三个滑移面上的Shockley不全位错同时启动,彼此相互反应形成压杆位错,限制层错面的进一步拓展。体系内的位错呈现爆发式多点形核特征。异质界面强烈阻碍位错的传播,塑性变形主要发生在Al层中。在拉伸加载后期,材料以空洞形核及长大为特征的延性断裂机制失效。空洞在三个滑移面交汇结点处形核,主要分布在界面下方。对单晶Cu纳米线中表面效应对变形行为影响的研究表明,随着纳米线取向的变化,屈服应力和应变首先减小到最小值,然后逐渐增加。模拟温度会降低纳米线的屈服应力和应变,但不会改变其随取向的演化规律及其塑性变形机理。随着取向的变化,主导纳米线塑性变形的机制从拖曳辅助的单根位错成核转变为集体位错成核机制,然后转变为孪生迁移机制,最后转变为位错滑移和微孪晶的耦合机制。