纳米材料因其尺度很小，具有明显不同于块体材料的独特力学、化学和电学等性质，因而被作为纳米机电系统的基本组成部件，其力学性能及行为的研究一直都是纳米科技领域的重要研究方向之一。由于理论的不完善和实验上操作困难，目前分子动力学成为研究纳米材料力学性能的一个重要的方法。系统的介绍了分子动力学的模拟方法，详细讨论了分子动力学模拟中常用的势函数、积分算法和温度控制方法等。在此理论基础上利用VC++编程，实现本文的模拟过程。针对一般维里应力公式中动能项存在与否的争议，利用弹性静力学平衡方程及虚功原理严格导出了两个应力计算公式，即外力维里应力和内力维里应力。这两个应力公式物理含义明确，即已知作用在体积上的外力或体积中的内力都可以求出体积的平均应力。在推导中证明了带有动能项的一般维里应力完全等同于没有动能项的外力维里应力和内力维里应力。通过广义维里定理、外力维里应力及内力维里应力导出一个关于系统温度的新的表达式，该式能揭示热传递的本质。基于分子动力学模拟，研究了正方形截面、六边形截面和圆形截面铜纳米线的单轴拉伸的力学性能。给出了不同截面形状铜纳米线整个变形过程的原子构型图。得到三个截面形状铜纳米线的应力应变曲线，通过对其弹性模量、屈服应力和屈服应变进行对比分析，比较后分析截面形状对其力学性能影响的原因。三个截面形状的纳米线均表现出明显的尺寸效应。对铜纳米管的单轴拉伸进行了分子动力学模拟，通过模拟得到变形过程的原子构型图研究其变形行为和塑性变形机制，塑性变形机制表现为位错的形核及不断的移动，最终形成颈缩面，断裂发生在颈缩面处。分别考虑了半径和壁厚对铜纳米管力学性能的影响。发现半径对铜纳米管的力学性能影响不大，壁厚是决定铜纳米管力学性能的关键因素。考虑了空位缺陷对铜纳米管力学性能的影响，发现空位缺陷对铜纳米管的弹性模量基本没有影响，但导致屈服应力明显减小。空位分布内表面使其屈服应力减小幅度最大，其次是分布在纳米管体内。当空位缺陷分布在铜纳米管的外表面对其屈服应力影响最小。应变率对铜纳米管的弹性模量基本没有影响，但屈服应力和屈服应变随着加载速率增加而增加。最后，用模拟了铜纳米板中裂纹在热处理过程中的结构演化，整个过程伴随着位错的产生和滑移，随着位错的不断滑移，裂纹由开始钝化到逐渐收缩成椭圆孔，直至消失。发现热处理的温度和裂纹的尺度对铜纳米板的自修复能力有着很大的影响。