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晶体失稳作为材料学研究的基础性课题之一,在模拟和实验上已经进行了广泛的研究。但由于受到时间和空间尺度的限制,材料模拟和实验之间的差距较大。材料多尺度模拟的快速发展,为缩小模拟与实验之间的差距创造了条件。建立在Cauchy-Born法则、超弹性本构理论和原子势基础上的相互原子势有限元模型（IPFEM）,实现了原子模拟与有限元模拟间的无缝连接。本文对IPFEM模型进行改进,将其应用范围从简单晶体扩展到复式晶体。此外,将软声子分析引入到有限元模拟中,建立晶格动力学有限元模型（LDFEM）,进一步增强预测晶体失稳的准确性。运用IPFEM、LDFEM和分子动力学（MD）法研究HCP Co、L10型γ-TiAl、L12型FeNi3和Ni3Al等金属晶体的纳米力学行为。采用改进的IPFEM模型研究L12有序结构FeNi3合金的晶体失稳。在圆柱型纳米压痕中,从IPFEM模拟得到的载荷-位移曲线、压痕应力场和激活的滑移系与MD模拟结果相符。在球型纳米压痕中,晶体失稳位置和压痕应力场与晶体取向有关。采用插值法将晶体失稳时的临界载荷、临界平均接触压强、压痕模量和临界分切应力与晶体取向的关系表示在反极图中。此外,MD模拟结果表明,FeNi3纳米压痕中位错形核所需的临界载荷以及形核过程与晶体取向有关。纳米压痕中出现的pop-in行为与晶体内位错的形成和反应有关。首个pop-in事件与1/6<1 1 2>型不全位错均匀形核有关。激活的不全位错发生复杂的位错反应形成位错锁。运用IPFEM模型研究了晶体取向对L10有序结构γ-TiAl晶体失稳的影响。研究结果表明,纳米压痕载荷-位移曲线、临界压入深度和临界载荷以及压痕模量与晶面取向有关。详细分析了（0 0 1）、（1 0 0）、（1 0 1）、（1 1 0）和（1 1 1）五个典型晶面纳米压痕过程中的晶体失稳位置和激活的滑移。IPFEM模拟过程中预测到的晶体失稳位置和激活的滑移系与MD模拟过程中观察到的位错形核位置和滑移方式一致。将LDFEM模型用于研究γ-TiAl晶体的晶体失稳。模拟结果表明,γ-TiAl的晶体失稳受加载模式和晶体取向的影响。在单向加载过程中,γ-TiAl晶体失稳表现出明显的拉伸-压缩不对称性。LDFEM模拟得到的应力-应变曲线以及激活的滑移系与MD模拟结果相吻合。在纳米压痕中,接触面法向对应力分布、晶体失稳和位错形核均有显著的影响。LDFEM模型能准确预测晶体的失稳位置和激活的滑移系。LDFEM模型还被用于研究Co晶体在单向拉伸和纳米压痕过程中的声子失稳。模拟结果表明,Co晶体的晶体失稳受加载模式和晶体取向的影响。LDFEM模型能够准确描述Co晶体的拉伸力学行为。在圆柱型纳米压痕过程中,从LDFEM和MD模拟得到的载荷-位移曲线在晶体失稳前保持一致。Co晶体失稳后主要发生基面位错形核。在（0 0 0 1）面球型纳米压痕过程中,出现六个对称的失稳位置。此外,对Ni3Al晶体的纳米压痕过程进行MD模拟,以研究Ni3Al晶体的初始塑性。模拟结果表明,Ni3Al晶体的初始塑性与Shockley不全位错的均匀形核有关。晶体取向、原子势、模型尺寸和温度对晶体发生初始塑性时的临界载荷、临界接触压强、位错形核位置和激活的滑移系均有显著影响。随着压头半径的增加,压痕模量和位错形核深度增加,但最大切应力随压头半径的增加而减小。最大切应力和压痕模量随温度的升高线性下降,位错形核本质上属于应力辅助热激活过程。